基于XFlow的仿生扑翼飞行器机翼气动特性分析

通过空间曲柄摇杆结构产生的急回特性来实现仿生飞行器扑翼运动.为了探究仿生扑翼飞行器的气动特性的影响因素,采用玻尔兹曼模型的粒子跟踪方法模拟扑动过程中气动特性,基于计算流体力学仿真软件XFlow对不同翼型、翼展、翼平面形状进行仿真分析并探究对升力和推力的影响.结果表明:翼型弯度和翼展的增大能够增加扑翼飞行器的升力系数,推力系数随着弯度的增大而变小;通过综合分析得到翼展长度在2.5倍弦长时,气动特性最佳;不同翼面形状的机翼具有不同的气动性能,相对于机翼后缘几何形状,前缘对气动特性的影响较大.研究结果为扑翼飞行器机翼的系统设计提供了有益的指导.     

仿鸟扑翼机器人气动力建模与分析

采用改进的叶素理论对仿鸟扑翼机器人的空气动力学问题进行了研究,建立了低雷诺数、非定常条件下,仿中小尺度飞鸟扑翼机器人的扑动模型和扭转模型,并考虑非定常尾涡对展向气流的下洗效应,对飞行迎角进行了修正.在此基础上,建立了扑翼机器人的升力模型和推力模型.实验数据与仿真结果基本吻合,较好地揭示了气动力在下扑和上扑阶段的变化趋势...     

柔性扑翼的模型建立及其功率研究

在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的柔性扑翼模型,使之更接近鸟翼真实扑动情况.模拟计算了时柔性扑翼气动功率及扑动效率随着扑动角、来流速度等参数的变化,从气动角度解释了为何鸟在不同的飞行阶段扑翼规律各不相同,为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据.     

微飞行器前后同频双扑动翼的推进效果

为了解微飞行器前后双扑动翼的推进效果,该文通过在动态网格上求解Navier-Stokes方程,对前翼扑动后翼静止、前后翼同相扑动和前后翼反相扑动3种运动方式的流场进行了数值模拟和气动干扰的分析.前翼扑动后翼静止,其推力系数和推进效率比单翼扑动分别增加65%和44%;前后翼同相扑动时产生的推力甚至超过单翼扑动的2倍;但前后翼反相扑动时,推力大大减小,不足同相扑动的一半.结果表明,处于前翼扑动尾流中的后翼对气动特性影响很大.     

仿生蝙蝠扑翼飞行器设计及气动特性分析

研究仿生蝙蝠扑翼飞行器扑翼过程中的气动特性,分析蝙蝠扑翼飞行周期的扑动流程为展开—下扑—收缩—抬升,将飞行器翅翼主要分为驱动机构及折叠机构.运用UG软件进行三维建模后建立数学模型,并利用ADAMS软件仿真验证,分析得到扑翼飞行器运动参数.采用ADAMS-XFlow联合仿真,考察不同翼型、来流速度和扑动频率对气动特性的影响.仿真结果表明,本文设计的扑翼飞行器半椭圆翼飞行参数优于矩形翼;3 m/s的飞行速度为最佳飞行速度;扑动频率应控制在2 Hz.仿真结果能够为扑翼飞行器结构设计选型、飞行环境及飞行参数设定等提供理论参考.     

扑翼飞行器的运动学仿真及气动力分析

在研制的仿生扑翼飞行器的基础上,建立了该飞行器的数学模型,并用MATLAB对简化了的机构进行了运动仿真,模拟出翅翼一个周期内的运动轨迹,同时也计算出了翅翼角速度的变化情况;编写了用条带理论计算升力的MATLAB程序,得出了一个周期内翅翼产生的气动力,同时计算出翅翼在一周期所产生的有效升力,通过选择合适的机构参数使产生的有效升力最大,为结构参数的设计提供指导;该方法可用于仿生扑翼飞行器的设计和分析,验证所设计的飞行器能否实现腾空飞行。     

扑旋柔性翼飞行器驱动机构的设计及动力学建模

为解决传统旋翼飞行器在结构上需要尾梁、尾桨等来平衡扭矩装置所带来的飞行器结构复杂,升力与自身重量之比低,飞行性能不突出等问题,提出了一种扑旋翼结构设计方法,以及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器.采用电磁铁吸合驱动装置,通过电流方向控制电路实现电流规律正反向变化,从而产生交变电磁力驱动扑翼扑动.同时分析这种扑翼结构的特性,建立扑旋翼机构的结构模型,并应用拉格朗日方程分析建立扑旋翼驱动装置的动力学模型.仿真实验结果表明,采用某一频率的交变电磁力时机翼会产生共振现象,在同等作用力下机翼的扑动角会有一定的增大.     

钻石背弹翼的静气动弹性研究

使用动网格技术耦合结构模型和气动模型,利用逐次迭代法计算钻石背弹翼的气动弹性变形.使用模态法构造结构模型,求解N-S方程计算气动力.计算了不同刚度弹翼的气动弹性变形以及变形对气动特性的影响并与实验结果对比.结果表明:钻石背弹翼的气动弹性变形量越大,其法向力越小;柔性钻石背弹翼小直径炸弹的法向力大小以及随攻角变化趋势与计算风洞实验结果接近;钻石背弹翼两侧非对称变形会引起滚转力矩,并且滚转力矩随攻角增大而增大.     

基于虚拟仪器的扑翼实验测控系统

针对扑翼实验测试的特殊要求,在原有微型飞行器风洞的基础上进行改造,设计构建了基于虚拟仪器的扑翼实验测量系统.该系统使用了高灵敏度的六分量天平,根据扑翼的特性引入了角度传感器,使力的变化与扑动角度相对应;充分利用了Labview图形化开发平台的优势,将控制与测量过程智能化.利用此系统可以对扑翼的多项性能进行测试.     

扑翼式飞行器的发展与展望

本文简要介绍了扑翼式飞行器的国内外发展史,以及扑翼式飞行器相比于其他飞行器的优势,概述了当前扑翼式飞行器在国内外研究现状。以此为基础,讨论了现阶段扑翼式飞行器研究的关键技术,并对我国未来扑翼式飞行器的发展方向进行了展望。     

The effects of span-wise and chord-wise flexibility on the aerodynamic performance of micro flapping-wing

The flexibility of flapping-wing strongly affects the aerodynamic performance of Flapping-wing Micro Air Vehicle (FMAV),and the deformations in span-wise and chord-wise directions are coupled together in flight.In this study,the flexible deformation is formulated in span-wise and chord-wise separately in order to analyze its effects on aerodynamic behavior.The preconditioned Navier-Stokes equations based on chimera grid are used in the computational fluid dynamics method to study the aerodynamic effects caused by flexible deformation,and the simulation results are compared with experimental test to illustrate the capability of above method.Based on our results,it is clearly showed that the span-wise flexible deformation should be limited in a small range to achieve higher aerodynamic performance and the chord-wise deformation could enhance the aerodynamic performance.The results also suggest that FMAV designers should design the flapping-wing with high stiffness leading edge to limit the span-wise deformation,and more flexible chord ribs to keep chord-wise deformation in suitable range.     

后掠机翼跨音速静气动弹性特性研究

后掠机翼在飞行过程中受气动载荷影响,其机翼将产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机性能和飞行安全,不能将此种机翼当作传统的刚性机翼加以弹性修正的方法进行分析。针对这种弹性后掠机翼,应用发展的非结构动网格生成方法,以Euler方程为控制方程,耦合结构静平衡方程,采用结构影响系数法,对中等展弦比、大展弦比后掠机翼的气动力载荷和结构变形进行了求解,并对结果进行了分析。     

弹性变形对双座电动飞机模型气动特性的影响

与常规飞机相比,电动飞机在气动布局方面采用了更大的展弦比,在气动力作用下弹性变形更加明显.针对双座电动飞机风洞试验模型,采用计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamics/computational structural dynamics,CFD/CSD)流固耦合方法分别计算了机翼有无弹性变形的气动力特性,并与面元法和风洞试验结果进行比较.结果表明,受弹性变形影响后升力系数增加,阻力系数减小,相同升力系数下的升阻比几乎没有变化,弹性变形对俯仰力矩系数影响显著,变形后的纵向静安定裕度显著提高.采用面元法计算气动弹性变形的方法计算高效,升力系数误差在10％以内,能满足工程实际应用;CFD/CSD流固耦合计算与风洞试验结果更接近,升力线斜率较风洞试验低7％;变形后的纵向静安定性随迎角有增大趋势,与风洞试验结果一致;弹性变形对机翼扭矩影响较大.     

微型涡喷发动机推力测量的新方法与验证

设计了一种适用于微型涡喷发动机推力测量的摆架式测力装置,通过台架试车试验测量了发动机推力、转速等工作性能参数,以及发动机尾喷管进口总温、总压等热力状态参数,再利用一维气动理论和试车数据计算得出理论推力。结果显示实测推力与理论推力基本吻合,验证了推力测量方法的合理性。在此基础上进一步分析了发动机的单位推力、推重比、单位迎面推力等指标,研究表明该发动机高速性能优于低速性能,满负荷工况下发动机推重比为7.4,并且在结构紧凑性方面具有优化设计空间。     

三摆臂式扰流片矢量气动力数值仿真研究

为适应智能可控弹药发动机喷口愈来愈小的发展趋势,本文针对三摆臂式扰流片矢量控制形式开展了气动力数值仿真。研究了三摆臂式扰流片推力和侧向力调节能力。计算结果表明：推力随着主推角的增加而降低,最大推力损失仅与主推角有关;当主推角大于36°,扰流片间的气动干扰增强;侧向力随着侧向角和入口压力的增加而增大;当三个扰流片均位于发动机尾流中,前后方向和左右方向侧向力调节干扰小,且侧向力调节对推力影响小。     

昆翅在飞行中的动态形变

通过理论模化途径研究昆翅在飞行中的动态形变机制.设计翅气动力试验平台,验证翅准静态形变影响气动力的"柔性楔形效应"理论解释.探讨昆翅的变刚度特性表明,弦向刚度分布规律符合二项式函数时具有优越性和现实性,进而指出昆姻结构的变刚度特性是产生高升力的基本条件.建立了柔性翅的简化力学模型,通过坐标变换法求解在气动力和惯性力共同...     

基于载荷设计的电动飞机复合材料机翼结构优化方法及试验验证

基于柔度法静气弹分析方法,对电动飞机复合材料机翼考虑气动弹性载荷的结构优化方法进行研究。以考虑翼型弯度的涡格法计算机翼气动载荷,并与CFD计算结果进行对比,验证其准确性。使用遗传算法对机翼结构进行铺层优化,以铺层度及铺层角度百分比为优化变量,结构重量最低为优化目标,强度及复合材料工艺性作为设计约束,对机翼结构进行优化,计算强度时考虑气动弹性载荷。最后通过静力试验验证仿真结果的准确性。研究表明直机翼考虑气动弹性载荷后翼根弯矩、剪力及扭矩均有增加,基于该优化方法可设计合适的机翼结构刚度,在满足强度设计要求同时能达到减重目的。     

易贡高速远程滑坡近程凌空飞行数值分析

研究了大型高速远程滑坡近程凌空飞行的空气动力学效应,建立了考虑地面效应的滑体运动微分方程组,并以易贡滑坡为例,使用数值分析方法研究高速滑体凌空飞行的运动规律.结果表明,高速滑体因空气动力学效应的影响而产生不断增大的水平推力和竖向抬升力,导致滑体的水平速度不断增大,但增幅不大,而竖向速度增幅减缓.因此,与忽略空气动力学效应的情况相比,高速滑体凌空飞行时间更长,飞行距离更远,更加符合滑坡的实际情况.