本文關鍵詞：半轉(zhuǎn)翼飛行升力形成機制及其估算方法研究

  更多相關文章： 半轉(zhuǎn)翼飛行 氣動升力 升力估算 繞流升力 阻流升力

【摘要】：基于簡約化半轉(zhuǎn)機構(gòu)的半轉(zhuǎn)翼飛行機構(gòu)是一種以轉(zhuǎn)動式拍動替代擺動式拍動的新型仿鳥類撲翼系統(tǒng),其連續(xù)的轉(zhuǎn)動形式,巧妙的克服了撲翼飛行器中由于自身往復擺動產(chǎn)生的巨大慣性力,將有可能在大尺寸、高升力上取得突破,從而使大尺寸仿生飛行器成為可能。本文結(jié)合半轉(zhuǎn)翼飛行機構(gòu)的相關研究成果,圍繞半轉(zhuǎn)翼升力展開研究,以期為飛行器的升力估算和翅翼參數(shù)設計提供支持,同時也可對飛行器的飛行控制提供基礎理論指導。首先,在對國內(nèi)外仿生撲翼飛行升力形成機制相關研究分析和總結(jié)的基礎上,通過觀察鳥類飛行特點,從繞流物體的基本氣動特性出發(fā),將飛行升力分成繞流升力與阻流升力�？偨Y(jié)出兩分力變化規(guī)律,闡釋了鳥類不同飛行模式的內(nèi)在機理,推導出鳥類飛行時繞流升力和阻流升力的理論估算公式,為進一步分析半轉(zhuǎn)翼飛行升力形成機制和估算奠定了理論基礎。其次,基于繞流升力和阻流升力這一升力機制,對半轉(zhuǎn)翼升力進行了深入分析。介紹了半轉(zhuǎn)翼驅(qū)動機構(gòu)及其基本運動,說明了半轉(zhuǎn)翼飛行器運動時,翼片上存在展向氣流和弦向氣流。分別建立半轉(zhuǎn)翼兩種氣流升力的估算模型,推導出半轉(zhuǎn)翼兩種氣流升力中繞流升力和阻流升力的理論估算公式,分析出影響升力的關鍵參數(shù),為提高半轉(zhuǎn)翼升力指明了方向,同時也為估算不同飛行狀態(tài)下的半轉(zhuǎn)翼升力提供了理論依據(jù)。再次,借助數(shù)學軟件Mathcad估算了半轉(zhuǎn)翼飛行樣機懸停和前進飛行時不同飛行參數(shù)下,曲柄在一周內(nèi)不同位置處時對應的半轉(zhuǎn)翼瞬時理論升力,并給出前進飛行條件下半轉(zhuǎn)翼繞流升力和阻流升力分別與曲柄轉(zhuǎn)角的關系,以及平均繞流升力和平均阻流升力。對半轉(zhuǎn)翼樣機不同飛行參數(shù)下的升力估算,有助于改進樣機翅翼參數(shù)和飛行器的后續(xù)設計,為驗證半轉(zhuǎn)翼升力估算方法做了準備。最后,在流體仿真軟件XFlow中建立半轉(zhuǎn)翼模型并設置相關參數(shù),對半轉(zhuǎn)翼懸停和前進兩種飛行狀態(tài)下的飛行升力進行數(shù)值計算,輸出對應理論估算中飛行參數(shù)和位置處的半轉(zhuǎn)翼瞬時仿真升力。利用Matlab對理論估算升力和仿真升力進行對比分析,驗證了半轉(zhuǎn)翼升力估算方法的有效性,并分析了兩者間存在誤差的原因。
【關鍵詞】：半轉(zhuǎn)翼飛行 氣動升力 升力估算 繞流升力 阻流升力
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V276;TB17
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 仿生撲翼飛行升力的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 仿生撲翼飛行升力的國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 仿生撲翼飛行升力的國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 基于半轉(zhuǎn)機構(gòu)的半轉(zhuǎn)翼飛行器14-15
• 1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容15-17
• 1.4.1 課題來源15
• 1.4.2 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第二章 鳥類飛行升力的兩種機制及其估算方法17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 繞流升力與阻流升力的基本概念17-19
• 2.2.1 繞流升力與阻流升力的提出17-18
• 2.2.2 繞流升力與阻流升力的作用特點18-19
• 2.3 鳥類飛行的繞流升力與阻流升力19-21
• 2.4 鳥類飛行繞流升力與阻流升力的估算21-27
• 2.4.1 鳥翅拍動的簡化模型21-22
• 2.4.2 迎角的計算22-23
• 2.4.3 鳥翅拍動的繞流升力估算23-24
• 2.4.4 鳥翅拍動的阻流升力估算24-25
• 2.4.5 當量參數(shù)等效計算25-26
• 2.4.6 迎角分布與當量撲翼角速度26-27
• 2.5 實驗算例分析27-30
• 2.5.1 仿鳥飛行樣機的模型參數(shù)27-28
• 2.5.2 實驗參數(shù)和當量參數(shù)28
• 2.5.3 升力計算及其比較28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 半轉(zhuǎn)翼基本運動及展向氣流升力理論分析31-52
• 3.1 引言31
• 3.2 半轉(zhuǎn)翼驅(qū)動機構(gòu)31-32
• 3.2.1 半轉(zhuǎn)翼驅(qū)動機構(gòu)31-32
• 3.2.2 半轉(zhuǎn)翼運動區(qū)間劃分32
• 3.2.3 半轉(zhuǎn)翼的展向氣流和弦向氣流32
• 3.3 半轉(zhuǎn)翼展向氣流的相對速度和升力元模型32-33
• 3.4 半轉(zhuǎn)翼迎角的確定33-40
• 3.5 半轉(zhuǎn)翼展向氣流升力中繞流升力的估算40-47
• 3.5.1 小迎角條件下展向繞流升力的估算40-44
• 3.5.2 大迎角條件下展向繞流升力的估算44-47
• 3.5.3 曲柄一轉(zhuǎn)內(nèi)半轉(zhuǎn)翼的平均展向繞流升力47
• 3.6 半轉(zhuǎn)翼展向氣流中阻流升力的估算47-50
• 3.6.1 展向阻流升力元47-48
• 3.6.2 全翼展向阻流升力48-50
• 3.6.3 曲柄一轉(zhuǎn)內(nèi)半轉(zhuǎn)翼的平均展向阻流升力50
• 3.7 半轉(zhuǎn)翼展向氣流總升力估算50-51
• 3.8 本章小結(jié)51-52
• 第四章 半轉(zhuǎn)翼弦向氣流升力理論分析52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 半轉(zhuǎn)翼弦向氣流升力估算的力學模型52-54
• 4.2.1 半轉(zhuǎn)翼上氣流的相對速度52
• 4.2.2 半轉(zhuǎn)翼弦向氣流升力元52-53
• 4.2.3 半轉(zhuǎn)翼弦向氣流升力估算的力學模型53-54
• 4.3 相關參數(shù)的分析計算54-56
• 4.3.1 垂直翼片方向的分速度Vy54
• 4.3.2 迎角的計算54-55
• 4.3.3 壓差阻力系數(shù)的確定55-56
• 4.4 半轉(zhuǎn)翼弦向氣流升力中繞流升力的估算56-57
• 4.4.1 小迎角條件下弦向繞流升力的估算56-57
• 4.4.2 大迎角條件下弦向繞流升力的估算57
• 4.5 半轉(zhuǎn)翼弦向阻流升力的估算57-58
• 4.6 半轉(zhuǎn)翼弦向氣流總升力估算58-59
• 4.7 本章小結(jié)59-60
• 第五章 半轉(zhuǎn)翼升力估算方法的數(shù)值驗證60-82
• 5.1 引言60
• 5.2 懸停飛行時半轉(zhuǎn)翼升力理論估算60-62
• 5.3 前進飛行時半轉(zhuǎn)翼升力理論估算62-71
• 5.4 XFlow軟件簡介71
• 5.5 懸停飛行時半轉(zhuǎn)翼升力數(shù)值計算71-76
• 5.5.1 半轉(zhuǎn)翼在XFlow中的仿真建模及參數(shù)設置71-72
• 5.5.2 懸停飛行時半轉(zhuǎn)翼的數(shù)值仿真升力72-74
• 5.5.3 懸停飛行時半轉(zhuǎn)翼估算升力與數(shù)值仿真升力的比較74-76
• 5.6 前進飛行時半轉(zhuǎn)翼升力數(shù)值計算76-81
• 5.6.1 前進飛行時半轉(zhuǎn)翼的數(shù)值仿真升力76-78
• 5.6.2 前進飛行時半轉(zhuǎn)翼估算升力與數(shù)值仿真升力的比較78-81
• 5.7 本章小結(jié)81-82
• 第六章 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 總結(jié)82
• 6.2 研究展望82-84
• 參考文獻84-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果87-88
• 致謝88

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本文編號：539464