扑翼飞行器非定常气动特性研究

王建领, 何广平, 狄杰建

(北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100041)

扑翼飞行器非定常气动特性研究

王建领, 何广平, 狄杰建

(北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100041)

摘要:为了研究复杂的非定常运动状态下扑翼飞行器翅翼的气动特性,针对自行研制的一种仿鸟扑翼飞行器建立了翅翼二维非定常空气动力学模型。基于该模型,通过用MATLAB编制计算升力系数和推力系数的程序,计算并分析了各运动参数对升力和推力特性的影响。结果表明,相位差对推力系数的影响较大,而升力系数随迎角的变化较快。

关键词:仿生扑翼飞行器; 非定常空气动力学; 升力系数; 推力系数

0引言

近年来,仿生扑翼飞行器因其尺寸小、机动灵活、携带方便、低成本、隐蔽性好以及可执行多种任务等优点,已经成为国内外研究的热点。在复杂的非定常运动状态下对翅翼进行气动力学性能研究和分析,对设计性能优越的扑翼飞行器具有十分重要的意义。国内外对此已进行了多方面的研究:Weis-Fogh[1]提出了昆虫产生高升力的机制——Weis-Fogh机制;Sun等[2]采用Navier-Stokes方程分析了昆虫在非定常运动状态下的气动力特性;Lin等[3]采用简化后的N-S方程(即Euler方程)模拟了翅翼在非定场状态下的气动特性。但是直接求解上述方程,计算量均特别庞大。

本文在准定常模型(Quasi-steady)[4-5]的基础上,通过考虑流场的非定常特性,采用MATLAB软件编制计算升力系数和推力系数的程序。该程序只需输入运动的类型以及翅翼运动参数(如拍动振幅、俯仰角和相位差等),即可得到升力系数和推力系数等参数,具有快速、高效等特点,有利于模拟非定常条件下各个运动参数对扑翼飞行器气动特性的影响,为扑翼飞行器的进一步研究和设计提供参考。……