【摘要】：撲翼機(jī)是區(qū)別于傳統(tǒng)的固定翼和旋翼飛行器的一種新型飛行器,其采用與自然界鳥(niǎo)類、昆蟲(chóng)一樣的撲翼飛行方式,具有機(jī)動(dòng)靈活、隱蔽性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),在軍事上和民用上有著廣闊的應(yīng)用前景。本文通過(guò)對(duì)撲翼機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、機(jī)翼部分和尾翼部分的一次次優(yōu)化迭代飛行試驗(yàn)后,制作出了一臺(tái)能在空中飛行約8 min翼展為206 cm的中型撲翼樣機(jī),并以此撲翼樣機(jī)為原型對(duì)撲翼機(jī)的推進(jìn)效率進(jìn)行研究。測(cè)量撲翼樣機(jī)的翼型、弦長(zhǎng)、最大撲打幅度和撲打頻率等相關(guān)參數(shù)來(lái)構(gòu)建仿真模型,并通過(guò)Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值仿真。撲翼機(jī)的推進(jìn)效率是有用功率與輸入功率的比值,有用功率是撲翼的推力產(chǎn)生的功率,是關(guān)于推力系數(shù)的關(guān)系式,而輸入功率讓撲翼機(jī)做上下方向的沉浮運(yùn)動(dòng)和繞軸的俯仰運(yùn)動(dòng),為升力產(chǎn)生的功率和力矩產(chǎn)生的功率之和,是關(guān)于升力系數(shù)和力矩系數(shù)的關(guān)系式。綜合起來(lái)為,撲翼機(jī)的推進(jìn)效率是關(guān)于其推力系數(shù)、升力系數(shù)和力矩系數(shù)的關(guān)系式,得到三者系數(shù)的數(shù)值大小就可求出對(duì)應(yīng)情形下的推進(jìn)效率。仿真過(guò)程包括對(duì)翼型運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建、三角形非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格的劃分、DEFINE_CG_MOTION宏的編譯、翼型與流場(chǎng)中動(dòng)態(tài)網(wǎng)格的設(shè)置、基于壓力的瞬態(tài)求解器、k-ε湍流計(jì)算模型、求解參數(shù)的配置和結(jié)果數(shù)據(jù)的分析處理,分別對(duì)撲翼機(jī)在不同俯仰幅度角(α0)、不同沉浮與俯仰運(yùn)動(dòng)的相位角(δ)、不同斯特勞哈爾數(shù)(St)情形下的推進(jìn)效率進(jìn)行研究,從仿真結(jié)果中可以得到以上情形下?lián)湟頇C(jī)的推力系數(shù)、升力系數(shù)和力矩系數(shù)。研究結(jié)果表明,在St=0.3,α0=20°,δ在75°～105°時(shí),撲翼的推進(jìn)效率相差不大,約為0.38,相位角決定撲翼機(jī)攻角與運(yùn)動(dòng)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在St=0.3,δ=75°,α0在15°～25°時(shí),其推進(jìn)效率的大小基本相當(dāng),η在0.38～0.41之間,當(dāng)α0小時(shí)其推進(jìn)效率也低,一定程度的俯仰幅度角能有效的改善撲翼的推進(jìn)效率。在α0=20°,δ=75°,St在0.1～0.4時(shí),推進(jìn)效率與St數(shù)的關(guān)系為負(fù)相關(guān)。在St為0.3時(shí),撲打頻率為6 Hz,其氣動(dòng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于St為0.1、0.2的情形,在撲翼的氣動(dòng)性能好,撲打頻率較高時(shí),撲翼機(jī)可以承受更多的負(fù)載。綜合以上不同情形下的分析結(jié)果可得到撲翼機(jī)的最優(yōu)組合參數(shù)為St=0.3,α0=20°,δ=75°,此時(shí)其推進(jìn)效率為0.375。
【圖文】：

”這是我國(guó)歷史上關(guān)于古人嘗試飛行的記載，有后人推測(cè)，這是降落傘加滑翔逡逑機(jī)的有機(jī)組合，充分證明了古人對(duì)飛翔的渴望�！剑玻担澳�，西方英國(guó)的科學(xué)家羅杰？培根逡逑在他的《工藝和自然的奧秘》中有述：“供飛行用的機(jī)器，上坐一人，靠驅(qū)動(dòng)器械使人逡逑造翅膀上下?lián)浯蚩諝�，盡可能地模仿鳥(niǎo)的動(dòng)作飛行［２］。”這大概是西方最早關(guān)于對(duì)撲翼機(jī)逡逑構(gòu)造設(shè)想的記述。逡逑１５世紀(jì)中期出生于意大利的達(dá)？芬奇是文藝復(fù)興時(shí)期的代表人物之一，，他不僅是著逡逑名的藝術(shù)家，還是位航空上的先驅(qū)，他有個(gè)浪漫的暢想：人類應(yīng)該像鳥(niǎo)一樣自由的飛翔！逡逑為了實(shí)現(xiàn)他的升空暢想，達(dá)？芬奇對(duì)撲翼機(jī)的設(shè)計(jì)表現(xiàn)出了極大的熱忱，他對(duì)鳥(niǎo)類的飛逡逑行進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的細(xì)致觀察后，通過(guò)模仿鳥(niǎo)類的身體構(gòu)造，設(shè)計(jì)出了早期的撲翼機(jī)構(gòu)造逡逑圖。他采用人力作為撲翼機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，人俯臥在撲翼機(jī)中部，腳蹬后頂板，手扳前部逡逑裝有鳥(niǎo)羽的橫杵，就像劃槳一樣掮動(dòng)空氣，推動(dòng)飛行。圖１－１是達(dá)？芬奇設(shè)計(jì)的撲翼機(jī)逡逑全尺寸模型圖，機(jī)翼的骨架由幾根彎曲的金屬桿連接做成，通過(guò)一套輪子和連桿，可以逡逑使每一根都能產(chǎn)生多種彎度，從而達(dá)到模仿鳥(niǎo)類撲翼動(dòng)作的目的。逡逑

＇邐—－…逡逑圖１－２蒸汽機(jī)式撲翼機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｅａｍ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ｆｌａｐｐｉｎｇ－ｗｉｎｇ邋ａｉｒｃｒａｆｔ逡逑１９９６年，加拿大的詹姆斯？德勞里埃設(shè)計(jì)出一架載人撲翼機(jī)［３］［４］，該機(jī)擁有流線型逡逑的機(jī)身，通過(guò)上下?lián)鋭?dòng)的長(zhǎng)機(jī)翼來(lái)進(jìn)行飛行。機(jī)翼的翼展長(zhǎng)１２．５邋ｍ，最外端的外翼可以逡逑上下?lián)鋭?dòng)，翼面還可以繞機(jī)翼前沿的橫梁扭曲，模仿鳥(niǎo)翅的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，撲翼機(jī)通過(guò)活塞逡逑式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)左右外翼?yè)]舞。逡逑＾：盾逡逑圖１－３德勞里埃撲翼機(jī)模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｒｏｕｒｉｅｒ邋ｆｌａｐｐｉｎｇ－ｗｉｎｇ邋ａｉｒｃｒａｆｔ邋ｍｏｄｅｌ逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V276

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 段文博;昂海松;肖天航;;主動(dòng)變形撲翼飛行器的設(shè)計(jì)和風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)研究[J];航空學(xué)報(bào);2013年03期

2 楊茵;李棟;張振輝;;微型撲翼飛行器非定常運(yùn)動(dòng)對(duì)平尾的影響[J];航空學(xué)報(bào);2012年10期

3 遲鵬程;張衛(wèi)平;陳文元;李洪誼;孟坤;崔峰;劉武;吳校生;;基于MEMS技術(shù)的SU-8仿昆蟲(chóng)微撲翼飛行器設(shè)計(jì)及制作[J];機(jī)器人;2011年03期

4 邵立民;宋筆鋒;宋文萍;;微型撲翼的推進(jìn)特性實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2009年01期

5 張亞鋒;宋筆鋒;袁昌盛;吉國(guó)明;;微型撲翼飛行器升力特性研究[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2008年04期

本文編號(hào)：2601242