模仿自然界的鳥類或者昆蟲飛行方式的仿生機(jī)器人,稱為撲翼飛行器。在各種微型飛行器里面,撲翼飛行器具有的高靈敏度、節(jié)能環(huán)保以及零噪聲等優(yōu)點(diǎn),越來越受到各國科學(xué)研究者的青睞。目前,國內(nèi)外主要針對撲翼飛行器飛行的基本原理、翅翼的翼型結(jié)構(gòu)以及撲動方式的模擬等方面進(jìn)行了深入的研究。同時,也有一些能夠自主飛行的撲翼飛行器對外發(fā)布,成功吸引了全世界的目光。但絕大多數(shù)研究者把研究的重點(diǎn)聚焦在撲翼飛行器自身結(jié)構(gòu)上,而忽略了來自外部真實(shí)流場環(huán)境的影響,這就導(dǎo)致研究出來的撲翼飛行器雖然能飛行,但往往經(jīng)不起一絲微風(fēng)。為此,作者旨在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,針對撲翼飛行器在真實(shí)工作環(huán)境中,即大氣邊界層中,基于計算流體力學(xué)理論,通過對撲翼飛行器氣動特性的數(shù)值計算,得到真實(shí)環(huán)境中撲翼飛行器的升阻力系數(shù)變化規(guī)律,為撲翼飛行器的進(jìn)一步實(shí)用化提供有益參考。作者基于鳥類的飛行機(jī)理,在前人的研究基礎(chǔ)上,以信鴿為仿生研究對象,建立了符合其尺寸大小、飛行特點(diǎn)的撲翼飛行器翅翼模型和撲動模型,運(yùn)用Adams/View進(jìn)行翅翼撲動機(jī)構(gòu)的仿真,得到翅翼撲動的特征曲線,采用離散傅里葉擬合法得到翅翼撲動的角速度方程,從而為動網(wǎng)格的二次開發(fā)做好基礎(chǔ)性工作。由于大氣邊界層的流場復(fù)雜、計算域大,在進(jìn)行撲翼飛行器氣動特性數(shù)值計算時,傳統(tǒng)的動網(wǎng)格更新計算效率不高。為此,作者將采用風(fēng)機(jī)研究領(lǐng)域的滑移網(wǎng)格代替動網(wǎng)格更新,通過建立相同的流場環(huán)境參數(shù),進(jìn)行撲翼飛行器的氣動特性計算,對比分析基于滑移網(wǎng)格和動網(wǎng)格更新兩者的計算結(jié)果,證明滑移網(wǎng)格對撲翼飛行器氣動特性研究具有適用性。在前面的研究基礎(chǔ)上,基于SIMPLE算法和RNG k-ε湍流模型,以撲翼飛行器在大氣邊界層中實(shí)際工作的流場環(huán)境為入口邊界條件,對巡航狀態(tài)的撲翼飛行器的氣動特性進(jìn)行數(shù)值計算,得到撲翼飛行器的平均升、阻力系數(shù)。并在相同參數(shù)條件下,與目前撲翼飛行器設(shè)計階段普遍采用以均勻風(fēng)剖面為入口邊界條件的常規(guī)風(fēng)洞中的數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行對比,通過分析工作高度、撲動頻率、入口風(fēng)速、撲動幅度、來流迎角和地貌條件等參數(shù)對撲翼飛行器氣動特性的影響規(guī)律,從而得出撲翼飛行器在大氣邊界層中與試驗(yàn)階段常規(guī)風(fēng)洞中的氣動特性差異非常明顯,為今后設(shè)計撲翼飛行器具有不可忽視的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V211.59

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本文編號：2826613