【摘要】：撲翼機是區(qū)別于傳統(tǒng)的固定翼和旋翼飛行器的一種新型飛行器,其采用與自然界鳥類、昆蟲一樣的撲翼飛行方式,具有機動靈活、隱蔽性強的優(yōu)點,在軍事上和民用上有著廣闊的應(yīng)用前景。本文通過對撲翼機驅(qū)動部分、機翼部分和尾翼部分的一次次優(yōu)化迭代飛行試驗后,制作出了一臺能在空中飛行約8 min翼展為206 cm的中型撲翼樣機,并以此撲翼樣機為原型對撲翼機的推進效率進行研究。測量撲翼樣機的翼型、弦長、最大撲打幅度和撲打頻率等相關(guān)參數(shù)來構(gòu)建仿真模型,并通過Fluent軟件進行數(shù)值仿真。撲翼機的推進效率是有用功率與輸入功率的比值,有用功率是撲翼的推力產(chǎn)生的功率,是關(guān)于推力系數(shù)的關(guān)系式,而輸入功率讓撲翼機做上下方向的沉浮運動和繞軸的俯仰運動,為升力產(chǎn)生的功率和力矩產(chǎn)生的功率之和,是關(guān)于升力系數(shù)和力矩系數(shù)的關(guān)系式。綜合起來為,撲翼機的推進效率是關(guān)于其推力系數(shù)、升力系數(shù)和力矩系數(shù)的關(guān)系式,得到三者系數(shù)的數(shù)值大小就可求出對應(yīng)情形下的推進效率。仿真過程包括對翼型運動模型的構(gòu)建、三角形非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格的劃分、DEFINE_CG_MOTION宏的編譯、翼型與流場中動態(tài)網(wǎng)格的設(shè)置、基于壓力的瞬態(tài)求解器、k-ε湍流計算模型、求解參數(shù)的配置和結(jié)果數(shù)據(jù)的分析處理,分別對撲翼機在不同俯仰幅度角(α0)、不同沉浮與俯仰運動的相位角(δ)、不同斯特勞哈爾數(shù)(St)情形下的推進效率進行研究,從仿真結(jié)果中可以得到以上情形下?lián)湟頇C的推力系數(shù)、升力系數(shù)和力矩系數(shù)。研究結(jié)果表明,在St=0.3,α0=20°,δ在75°～105°時,撲翼的推進效率相差不大,約為0.38,相位角決定撲翼機攻角與運動位置的對應(yīng)關(guān)系。在St=0.3,δ=75°,α0在15°～25°時,其推進效率的大小基本相當(dāng),η在0.38～0.41之間,當(dāng)α0小時其推進效率也低,一定程度的俯仰幅度角能有效的改善撲翼的推進效率。在α0=20°,δ=75°,St在0.1～0.4時,推進效率與St數(shù)的關(guān)系為負相關(guān)。在St為0.3時,撲打頻率為6 Hz,其氣動性能遠遠高于St為0.1、0.2的情形,在撲翼的氣動性能好,撲打頻率較高時,撲翼機可以承受更多的負載。綜合以上不同情形下的分析結(jié)果可得到撲翼機的最優(yōu)組合參數(shù)為St=0.3,α0=20°,δ=75°,此時其推進效率為0.375。
【圖文】：

”這是我國歷史上關(guān)于古人嘗試飛行的記載，有后人推測，這是降落傘加滑翔逡逑機的有機組合，充分證明了古人對飛翔的渴望�！剑玻担澳�，西方英國的科學(xué)家羅杰？培根逡逑在他的《工藝和自然的奧秘》中有述：“供飛行用的機器，上坐一人，靠驅(qū)動器械使人逡逑造翅膀上下?lián)浯蚩諝�，盡可能地模仿鳥的動作飛行［２］�！边@大概是西方最早關(guān)于對撲翼機逡逑構(gòu)造設(shè)想的記述。逡逑１５世紀(jì)中期出生于意大利的達？芬奇是文藝復(fù)興時期的代表人物之一，，他不僅是著逡逑名的藝術(shù)家，還是位航空上的先驅(qū)，他有個浪漫的暢想：人類應(yīng)該像鳥一樣自由的飛翔！逡逑為了實現(xiàn)他的升空暢想，達？芬奇對撲翼機的設(shè)計表現(xiàn)出了極大的熱忱，他對鳥類的飛逡逑行進行了長時間的細致觀察后，通過模仿鳥類的身體構(gòu)造，設(shè)計出了早期的撲翼機構(gòu)造逡逑圖。他采用人力作為撲翼機的驅(qū)動方式，人俯臥在撲翼機中部，腳蹬后頂板，手扳前部逡逑裝有鳥羽的橫杵，就像劃槳一樣掮動空氣，推動飛行。圖１－１是達？芬奇設(shè)計的撲翼機逡逑全尺寸模型圖，機翼的骨架由幾根彎曲的金屬桿連接做成，通過一套輪子和連桿，可以逡逑使每一根都能產(chǎn)生多種彎度，從而達到模仿鳥類撲翼動作的目的。逡逑

＇邐—－…逡逑圖１－２蒸汽機式撲翼機逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｅａｍ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ｆｌａｐｐｉｎｇ－ｗｉｎｇ邋ａｉｒｃｒａｆｔ逡逑１９９６年，加拿大的詹姆斯？德勞里埃設(shè)計出一架載人撲翼機［３］［４］，該機擁有流線型逡逑的機身，通過上下?lián)鋭拥拈L機翼來進行飛行。機翼的翼展長１２．５邋ｍ，最外端的外翼可以逡逑上下?lián)鋭�，翼面還可以繞機翼前沿的橫梁扭曲，模仿鳥翅的運動形態(tài)，撲翼機通過活塞逡逑式發(fā)動機進行驅(qū)動，通過連桿機構(gòu)帶動左右外翼揮舞。逡逑＾：盾逡逑圖１－３德勞里埃撲翼機模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｒｏｕｒｉｅｒ邋ｆｌａｐｐｉｎｇ－ｗｉｎｇ邋ａｉｒｃｒａｆｔ邋ｍｏｄｅｌ逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V276

【參考文獻】

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本文編號：2601242