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《第十届全国流体力学学术会议论文摘要集》2018年
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扑翼微型飞行器气动特性与能耗研究

刘懿  张艳来  
【摘要】:仿生扑翼微型飞行器与传统布局飞行器相比,在小尺寸低雷诺数流动下,气动性能、机动能力和抗干扰能力更加优异。其尺寸小、易携带和隐蔽性强等特点,使其在军事侦查与民用反恐救灾等方面有广泛的应用前景。扑翼运动最显著的特点是翼的往复加减速运动以及翼的柔性变形,扑翼除了要克服气动力做功外,还需要克服惯性力做功。实际应用中,机构设计和动力选型以及翼的设计等都会对总的功耗和气动效率产生影响,实现高效的悬停飞行成为扑翼微型飞行器设计的重点。由于真实翼的变形和机构的运动间隙等问题,仅仿真计算较难准确分析系统真实的弹性储能和功率消耗情况,因而有必要结合实验数据进行对比分析,得到真实扑翼的功耗占比和规律,为扑翼微型飞信器设计提供依据和指导。本文通过模型实验测量和CFD数值仿真,对扑翼的气动特性和系统各部分的能耗进行了研究。首先,实验测量了真实扑翼模型的气动力随拍动频率、翼根攻角和翼面积的变化规律,并同步测量了总输入功率和电机的功率损耗。其次,直接测量了真空环境下扑翼模型的惯性功耗和扑翼机构的功耗,与正常环境的功耗相减得到真实的气动功耗。最后,用CFD进行了数值仿真,与实验结果进行了比较,分析了不同参数对气动力、气动功耗、惯性功耗等的影响规律和物理原因。研究表明,翼的根部安装角为~15度时,扑翼飞行器有最高的气动效率;随着拍动频率的增加,翼的气动功耗在总功耗中的占比增加;不同翼面积配置,对飞行器总体效率(升力与功率的之比)会产生影响。
【作者单位】:北京航空航天大学交通科学与工程学院
【分类号】:V211.5

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