微型撲翼飛行器（Flapping Micro Aerial Vehicle,FMAV）在軍事和民用領(lǐng)域的廣闊用途,驅(qū)動著FMAV的研制與發(fā)展。隨著微電子技術(shù)、材料科學和仿生學的日趨成熟,FMAV的設(shè)計與制造發(fā)展迅速,但與傳統(tǒng)飛行器完全不同的飛行方式,使FMAV的發(fā)展遇到瓶頸。蜻蜓通過其翅膀的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和材料等多個因素的相互耦合作用,展現(xiàn)出卓越的飛行能力,為FMAV的設(shè)計與制造提供了天然的生物模本,然而蜻蜓飛行時的雷諾數(shù)低,飛行方式靈活多變,蜻蜓翅膀的尺寸微小,使蜻蜓的風洞實驗研究存在一定的限制,通過數(shù)值模擬的方法計算蜻蜓滑翔和撲翼前飛兩種常見飛行模式下的氣動效能成為可行的方式。為揭示蜻蜓滑翔時氣動載荷對前翅的影響,選取蜻蜓前翅沿展向五個不同位置的橫截面并建立與之相對應(yīng)的二維褶皺翼型,基于計算流體力學（Computational Fluid Dynamic,CFD）/計算結(jié)構(gòu)力學（Computational Structural Dynamic,CSD）的耦合方法數(shù)值模擬了蜻蜓滑翔時二維褶皺翼型的流固耦合問題,結(jié)果顯示褶皺的變形和應(yīng)力小,且越靠近蜻蜓翅尖位置的褶皺變形和應(yīng)力越小,越靠近蜻... 

【文章來源】：南昌航空大學江西省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

蜻蜓翅膀（前翅）

卓越的飛行能力主要來源于其翅膀的巧妙結(jié)構(gòu)和多樣的撲動方式，蜻蜓前后翅膀的撲動是相互獨立的，不同的前后翅翼相（前后翅同相撲動和反相撲動等[3]）使蜻蜓擁有多種飛行模式。翅膀是蜻蜓的飛行器官，結(jié)構(gòu)薄，質(zhì)量輕，占其總體重的 1%~2%左右，具有非常好的穩(wěn)定性和極高的承載能力[4]。翅膀在蜻蜓飛行時承受高頻率（30~50Hz）的交變應(yīng)力，即使局部破損后，對其整體性能影響極小，具有很強的適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力。如圖 1-1 所示，蜻蜓翅膀主要由厚度很薄且透明的翅膜（厚度 2~5μm[5]）、對翅膜起連接和支撐作用的管狀翅脈組成。翅脈由橫脈和縱脈構(gòu)成，它們交叉連接在膜中形成封閉的區(qū)域[6]，這種質(zhì)量輕且性能優(yōu)良的類桁架結(jié)構(gòu)，是蜻蜓的主要承載結(jié)構(gòu)，在力學性能中發(fā)揮關(guān)鍵作用[7-10]，翅膜則是蜻蜓的主要空氣動力學結(jié)構(gòu)，在蜻蜓的飛行過程中，二者相輔相成。另外，蜻蜓翅膀還有一些特殊結(jié)構(gòu)如翅結(jié)和翅痣等，同樣起著重要作用，如位于翅膀末端的翅痣，在蜻蜓兩側(cè)起平衡重心的作用，保持高速飛行過程中的穩(wěn)定性，也可消除飛行中翅膀的不規(guī)則振動[11]。

空大學碩士學位論文 第 1 章 緒論經(jīng)過自然界的選擇和長期的進化，蜻蜓已經(jīng)擁有兩對完美的翅膀。如圖 1，嵌入在翅脈中的翅膜被橫脈和縱脈分成三角形、四邊形、五邊形、六邊形狀，形成大小不一的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)。研究表明蜻蜓經(jīng)過自然進化形成的這種脈絡(luò)，其形狀和排布方式是最佳的，能有效降低翅膀的應(yīng)力[12]。Okamoto[13]針對前翅在仿生學方面對其結(jié)構(gòu)形狀做了大量數(shù)據(jù)采集與對比，不同于典型的工翼，蜻蜓前翅沿展向的橫截面呈褶皺狀，整個橫截面上的厚度也有細微差異 1-3 所示。不同位置的翅脈形狀也不盡相同，如圖 1-4 所示，但大體外形類圓管，而且為中空結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于減輕蜻蜓翅膀的結(jié)構(gòu)重量，緩釋蜻行中的交變應(yīng)力[14]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]蜻蜓非對稱撲動時的氣動特性[J]. 張銳,周超英,汪超,謝鵬.  航空學報. 2017(12)
[2]撲翼前飛時蜻蜓翅膀褶皺幅度的氣動效應(yīng)[J]. 魯旻,張子龍,仲政.  力學季刊. 2017(02)
[3]蜻蜓翼微結(jié)構(gòu)的彎扭性能分析[J]. 李衛(wèi),何國毅,林玉祥,畢團鵬.  南昌航空大學學報(自然科學版). 2016(01)
[4]基于CFD/CSD方法的蜻蜓柔性翼氣動特性分析[J]. 孟令兵,昂海松,肖天航.  航空動力學報. 2014(09)
[5]蜻蜓翅膀功能特性及其仿生研究進展[J]. 任露泉,李秀娟.  中國科學:技術(shù)科學. 2013(04)
[6]蜻蜓翅膀的力學研究進展[J]. 趙紅曉,仲政.  力學季刊. 2009(03)
[7]生物運動仿生力學與智能微型飛行器[J]. 崔爾杰.  力學與實踐. 2004(02)
[8]蜻蜓飛行姿態(tài)的實時模擬測量[J]. 程鵬,柳兆濤,付東杰,續(xù)伯欽,伍小平.  實驗力學. 2002(03)

博士論文
[1]蜻蜓翅膀功能特性力學機制的仿生研究[D]. 李秀娟.吉林大學 2013
[2]基于CFD/CSD的機翼氣動彈性計算研究[D]. 崔鵬.南京航空航天大學 2011
[3]蜻蜓翅翼三維空間結(jié)構(gòu)的動力學與疲勞壽命研究[D]. 彎艷玲.吉林大學 2010
[4]蜻蜓膜翅結(jié)構(gòu)特征和納米力學行為及仿生分析[D]. 趙彥如.吉林大學 2007

碩士論文
[1]蜻蜓褶皺翼氣動效能與應(yīng)力分析[D]. 班學.南昌航空大學 2015
[2]低雷諾數(shù)下柔性膜撲翼氣動特性的流固耦合分析[D]. 郝淑文.北京理工大學 2015
[3]蜻蜓翅膀微結(jié)構(gòu)與力學行為的仿生分析研究[D]. 陳應(yīng)龍.清華大學 2012
[4]蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)仿生及新型薄壁空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系研究[D]. 田嘉萌.浙江大學 2006



本文編號：3578484