昆蟲飛行的高升力機(jī)理.pdf

1、隨著微米納米科技和微機(jī)電械系統(tǒng)(MEMS)的興起，人們開始設(shè)計與研究微型飛行器。同常規(guī)飛行器相比微型飛行器具有很多優(yōu)點，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景都極其的廣泛。盡管微型飛行器的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，但是距離實際應(yīng)用還有很長的路要走。作為一種新型的飛行器，微型飛行器系統(tǒng)面臨許多獨特的挑戰(zhàn)，其結(jié)構(gòu)形式、氣動機(jī)理、飛行方式、控制規(guī)律和方法都有著很大的變化。昆蟲飛行與微型飛行器所處的雷諾數(shù)相當(dāng)，經(jīng)過了長期的自然選擇，獲得了與它們所處飛行

2、雷諾數(shù)范圍相適應(yīng)的飛行本領(lǐng)，能夠充分利用非定?？諝鈩恿W(xué)機(jī)理來獲取高升力。對昆蟲飛行的研究可以幫助解決微型飛行器在穩(wěn)定或不穩(wěn)定飛行環(huán)境下所遇到的問題。昆蟲自由飛行時需要主動調(diào)整一些飛行參數(shù)來應(yīng)對空氣中各種不穩(wěn)定的干擾因數(shù)，以保證穩(wěn)定飛行及更復(fù)雜的飛行需求。昆蟲翅膀在拍動的過程中通常會有周期性的形變，翅膀的柔性變形對撲翼的氣動特性有重要的影響，但關(guān)于撲翼柔性變形基本氣動機(jī)理的全面描述尚不清晰。
　　本研究利用計算流體力學(xué)分析軟件Fl

3、uent中的動網(wǎng)格方法對昆蟲懸停飛行進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了撲翼平動幅值、轉(zhuǎn)角幅值、撲動頻率及撲翼的柔性變形對撲翼飛行時升阻力的影響。比較了不同情況下的升阻力系數(shù)，分析了升阻力系數(shù)的變化規(guī)律以及一個周期內(nèi)流場渦量的變化規(guī)律、壓力的變化規(guī)律。展示了不同柔性變形下幾個典型時刻流場的速度矢量圖。對撲翼平動幅值、轉(zhuǎn)角幅值、撲動頻率的研究表明：撲翼的平動幅值能夠影響前緣渦、后緣渦的強(qiáng)度及尾渦的傳輸方向，增大撲翼的平動幅值可以有效增加升力，改善撲翼的

4、氣動特性；對稱的轉(zhuǎn)角幅值變化對升阻力的影響都不明顯；撲翼的撲動頻率能夠極大地改變前緣、后緣渦的強(qiáng)度，同時對撲翼上表面低壓區(qū)的強(qiáng)度和范圍影響顯著，擴(kuò)大了撲翼上下表面的壓力差，增大撲動頻率可以有效增加升力。撲翼柔性弦向變形對升阻力影響的研究發(fā)現(xiàn)撲翼飛行時的弦向變形能改變瞬時升力系數(shù)的峰值，撲翼飛行時的柔性變形對阻力系數(shù)的影響不大。表明撲翼飛行時適度的弦向變形能夠增加瞬時升力，獲得較大的升力，但過大的弦向變形會導(dǎo)致瞬時升力的減小，對撲翼飛行的