扑翼式微型飞行器的升力测量与分析

昆虫通过高频扇翅可以产生很大的升力,相关的非定常空气动力学机理及理论逐渐被人们所认识。基于昆虫的仿生学设计了单个翅膀的扑翼机构,并利用自行设计的测力平台实现了对升力的测量。通过分析测力系统的动态特性及受激励后的响应,得到扑翼产生的周期升力。通过将试验数据与经验公式计算的结果进行比较,得到了升力与扑翼参数的关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。

微型扑翼飞行器推力特性试验

通过进行微型扑翼飞行器低速风洞试验,研究了扑动翼展弦比、刚度和弯度对其推力特性的影响.制作了展弦比为2,4.5和7以及带弯度与不带弯度的矩形扑动翼,并对三种不同刚度大小的矩形扑动翼进行了结构变形分析;试验风速变化范围从4 m/s到10 m/s,扑动频率从4 Hz到8 Hz.风洞试验结果表明适当的增大扑动翼展弦比或减小扑动翼刚度有助于提高扑翼飞行器的推进效率;而扑动翼翼型弯度的增加不利于推力特性的提高.

微型扑翼飞行器升力特性研究

为了对微型扑翼飞行器升力机理进行探索性研究,本文利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了扑动翼频率、风速、迎角、扑动翼弯度对其升力特性影响的研究。并且利用示波器对扑动翼扑动相位角和产生升力大小之间的关系进行了研究。试验结果表明升力特性的研究为微型扑翼飞行器总体设计和气动布局设计提供了一定的工程指导。

微型扑翼飞行器的升力风洞试验

针对微型扑翼飞行器在专门的低雷诺数试验风洞中进行了扑翼的升力风洞试验,测试出了微型扑翼飞行器在正常飞行以及向上爬升状态时的升力特性曲线,并且探讨了扑翼频率、飞行速度以及扑翼的迎角对扑翼飞行升力的影响,在此基础上,还分析了扑翼升力的组成部分以及相互关系.实验结果为微型扑翼飞行器总体、气动的进一步设计提供了依据.

前后双扑翼微型飞行器推力研究

为探讨前后双扑翼微型飞行器产生推力的机理和变化规律,通过在动态网格上求解Navier-Stokes方程,对前后双扑翼在不同水平距离、相位角、扑动频率和来流攻角下推力的变化进行了数值模拟和分析。总结出推力随各参数变化的规律,为前后双扑翼微型飞行器的设计提供了参考依据。

适合于柔性结构扑翼飞行器的空间非定常涡格法

推导了新的基于空间非定常涡格法的扑翼飞行器升力和推力的计算公式,然后分析了瞬时形状速度对它们的影响。与实验结果的对照表明,基于向量分析、考虑了飞行中的诱导阻力因素的新公式可以有效地估算升力和推力。由于结构的柔性使扑翼在扑动过程中存在变形,本文考虑了空间涡格法中扑翼的/ηt对气动力的影响,提出了/ηt的表达式,使之更接近真实扑动情况,并计算了其对扑翼飞行器升力和推力的影响。通过计算发现,升力系数和推力系数的正峰值和负峰值随/ηt增大而增大,平均升力和平均推力也随/ηt增大而增大,表明可以通过改变结构参数达到改善气动性能的目的,对扑翼飞行器的研制有一定的指导作用。

两自由度微扑翼飞行器升阻力系数分析

在微型扑翼飞行器的分析和结构设计中,翅翼运动所产生的升阻力系数具有重要的研究意义。运用CFD分析软件Fluent以及三维建模软件对所设计的两自由度扑翼飞行器结构进行了仿真研究,研究结果显示升阻力系数在不同的运动模式下是有明显差异的,对比翅翼单一沉浮运动时的升阻力系数和基于凸轮机构沉浮加俯仰运动时的升阻力系数,结果表明后者可获得更大的升力系数和更小的阻力系数,更加有利于飞行,为实物的研制提供了依据。

扑翼飞行器升力测试装置研究现状

升力测试装置适用于飞行器的气动力研究,对验证扑翼飞行器飞行能力大小具有重要意义,对测试装置的国内外研究现状和应用现状进行了全面的介绍,并对测试装置的发展趋势进行了展望.

扑翼飞行器机翼开孔对气动特性的影响研究

论述了扑翼飞行器扑动升力产生的基本原理,提出采用机翼开孔的方式获得扑动升力的方法。通过风洞试验研究了翼面开孔对机翼气动特性的影响,结果表明机翼开孔可以有效获得扑动升力,降低扑动功耗,但会损失一定的推力。采用正交实验方法对风洞实验进行设计,构建机翼气动力关于实验参量的二次响应面方程,并通过响应面方程对开孔机翼的气动特性进行评价。结果表明所设计的开孔机翼最大起飞重量与无孔机翼相当,但其低速飞行能力较好,功率消耗较少,有望实现悬停飞行。

扑翼飞行器升力测试装置研究现状

在自然界中有很多昆虫可以通过高频率的振动自己的双翅来产生巨大的升力,进行自由自在的飞行。人们通过对其研究,了解到了相关的非定常空气动力学机理和理论。在实际生活中有很多的仿生学知识被应用到生活中,便利了人们的生活和出行。基于昆虫的仿生学相关人员研制出了扑翼飞行器,并且利用相关设计平台实现了对升力装置的测试和研究。文章从研究扑翼飞行器出发,通过研究其升力和扑翼参数,为之后的研究提供数据支持。

扑翼飞行的高升力机理分析

本文对昆虫和鸟类的扑翼飞行机理进行研究和分析。扑翼飞行的高升力机制为拍动初期翅膀的快速加速运动、拍动中期翅膀的前缘涡不脱落运动和拍动后期翅膀的快速上仰转动。这些非定常高升力机制在悬停、前飞和倒飞等飞行状态中都适用。扑翼飞行机理对生物学、仿生工程设计和微型飞行器的研究有着重要意义。

扑翼飞行器的动力特性及其气动性能

在现代的扑翼飞行器的设计和制作当中,动力学性能和气动力学性能是影响其飞行性能的重要指标。为了更好的研究扑翼飞行器的飞行性能,通过ADAMS运动学仿真,设计了6组不同杆长的实验以获得扑击幅度更大的扑翼及其角度、位置等动力学特性,并通过Fluent重叠网格的仿真,将MATLAB拟合的翼型模型导入其中以探究其升阻力特性,获得相关的气动力学性能与仿真结果,包括速度云图、压力云图以及扑击的速度和频率对升阻力系数的影响,最后目标是得到提高扑翼飞行性能和扑动幅度的方式。

基于Fluent的扑翼飞行器非定常空气动力学分析

在仿生扑翼飞行器的设计和研究中,扑翼所产生的升力系数和推力系数具有重要的意义.针对本课题所研制的一种仿鸟扑翼飞行器,利用Fluent分析了翅翼在不同控制飞行参数(包括飞行速度,扑动频率)下的升力和推力系数,其仿真结果与对气动模型进行定性分析的结果基本一致,验证了该法对扑翼飞行器进行非定常空气动力学分析的可行性,为扑翼飞行器的进一步研究设计提供考.

两自由度扑翼飞行器气动性能研究

以所研制的两自由度扑翼飞行器为研究对象,将飞行器扑动角和扭转角变化曲线拟合后写入用户自定义功能(UDF)程序耦合到Fluent流体求解器中,分析扑翼运动时产生的平均升力系数、推力系数和能量系数,并将分析结果与单自由度扑翼飞行器进行对比。结果表明:两自由度扑翼的平均升力系数比单自由度扑翼提高了1.88倍,平均推力系数提高了1.75倍。同时,两自由度扑翼平均能量系数降低了27.5%,具有更好的举升效率和推进效率,说明所设计的两自由度扑翼飞行器能产生足够飞行的升力,比传统的单自由度扑翼飞行器具有更好的气动性能。

仿鸟扑翼飞行器的气动性能分析

为研究仿鸟飞行器的气动性能,设计了一款新型仿鸟扑翼飞行器,利用Fluent中线弹性实体光顺法来分析周围气体对机翼的气动性能的影响。机翼上下扑动时,同时参与俯仰运动,内翼与外翼间也存在弯曲运动,周围流场的速度与压力都在变化,同时机翼的升、阻力系数随流场也在变化。仿真得到了机翼运动时,在一定流速、频率、定攻角范围内,升阻比、升力及阻力分别随流速、频率、攻角的变化规律。

扑翼的推力特性与功率特性的实验研究

针对扑翼实验动态特性强、测控变量多的特点,设计了一种实验专用的扑动机构,在实现对扑动频率和扑动幅度精确调控的同时,集成了对瞬时扑动角度和输入功率的测量功能,建立了一套适用于扑翼风洞实验的测控系统,能够实现对动态气动力、扑动角度、扑动翼输入功率等量的实时同步测量;在此基础上针对扑翼的推力特性和功率特性进行了风洞实验研究,着重分析了在不同扑动频率和不同扑动幅度情况下扑翼的推力与功率特性;实验结果表明,在研究的范畴内,扑动频率和扑动幅度的增大都有利于推力的产生,但都会增大对应的功耗;推力和功耗都随St的增大呈"J"型曲线增长,当St小于0.25时,推力和功耗的增长趋势较缓,随着St的增大,尤其当St大于0.3时,推力和功耗将大幅增大。

无来流扑翼气动力测量装置性能研究

为了研究仿鸟扑翼飞行器气动力设计了一种固定在新型悬臂梁式测量装置。在无来流的条件下,对直流电动机驱动传动机构使扑翼做往复运动时产生的气动力、影响扑翼升力和推力因素(电压、电源和电流)进行了研究。结果表明:锂电池电压减小,升力和推力扑动频率及推力曲线峰值减小;恒压源比锂电池电源对扑翼飞行器气动力影响较小;电流的变化对扑翼飞行器的气动力影响最大,电流大小是驱动扑翼拍动的关键参数。也证实了测量装置设计的合理性和适用性,并且具有高灵敏度,测量数据准确可靠,数值模拟实验原理简单,可为扑翼飞行器的机体和扑翼结构设计提供快捷的气动力测试数据支持及应用价值。

一种柔性微型扑翼设计及其气动力特性的试验研究

微型扑翼机以其优良的机动性、低噪音、低成本、执行任务的多功能性以及在现代高科技局部战争中的潜在应用价值而得到各科技先进国家的重视,投入了大量精力开展研究工作。在我国也已经初步开展对微型扑翼机研究。但由于与微型扑翼飞行相关的低雷诺数空气动力学研究还处于萌芽阶段,对微型扑翼的设计研究工作尚无可供指导的成熟理论和借鉴的经验,目前微型扑翼的设计研究基本上是以试验为主。本文参照动物的扑翼飞行实例和固定翼飞行器机翼设计的经验,在对扑翼飞行基本原理分析研究的基础上,设计制作了一种微型扑翼及扑翼的驱动机构,采用直流电动机作为动力,通过调节驱动电压来控制扑动的频率。并对该微型扑翼进行了空气动力特性试验,得到了微型扑翼的空气动力特性,并从中得出了影响扑动升力的一些因素。实验结果表明,具有柔性翼面的扑翼,其产生的升力和推力较高而且比较稳定。

一种平行曲柄连杆扑翼机构的设计、优化与实现

提出了一种来自于昆虫结构启发的平行曲柄连杆的扑翼机构.该机构依靠两组平行布置的曲柄连杆和连杆间的翼面控制机构实现,既能够保证扑翼运动左右翼面的对称性,又能够实现挥拍攻角的调节和控制,采用MATLAB的非线性优化工具对该扑翼机构进行了运动参数的优化,并设计制作了大比例的实物扑翼模型进行测力分析.结果验证了这种扑翼机构能够给出非定常高升力.

扑翼翼型流体动力特性数值计算与分析

利用对海洋生物运动方式及其运动器官的研究开发水下扑翼推进装置是仿生推进技术的一个重要研究方向。本文通过数值计算方法,以对称翼型为主,开展对扑翼翼型的推力和升力特性的研究,分析了各翼型在不同斯德鲁哈数下的力学表现,以及翼型和相关参数对扑翼推进效果的影响。计算结果表明,翼型扑翼运动时的最大推力系数、平均推力系数和最大升力系数3个参数均与中心弦长比成线性递减关系,翼型参数和工况对翼型的推力和升力特性均有不同程度的影响。