發(fā)布時(shí)間：2022-01-09 09:56

　　微型撲翼飛行器（Flapping Micro Aerial Vehicle,FMAV）在軍事和民用領(lǐng)域的廣闊用途,驅(qū)動(dòng)著FMAV的研制與發(fā)展。隨著微電子技術(shù)、材料科學(xué)和仿生學(xué)的日趨成熟,FMAV的設(shè)計(jì)與制造發(fā)展迅速,但與傳統(tǒng)飛行器完全不同的飛行方式,使FMAV的發(fā)展遇到瓶頸。蜻蜓通過(guò)其翅膀的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和材料等多個(gè)因素的相互耦合作用,展現(xiàn)出卓越的飛行能力,為FMAV的設(shè)計(jì)與制造提供了天然的生物模本,然而蜻蜓飛行時(shí)的雷諾數(shù)低,飛行方式靈活多變,蜻蜓翅膀的尺寸微小,使蜻蜓的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究存在一定的限制,通過(guò)數(shù)值模擬的方法計(jì)算蜻蜓滑翔和撲翼前飛兩種常見(jiàn)飛行模式下的氣動(dòng)效能成為可行的方式。為揭示蜻蜓滑翔時(shí)氣動(dòng)載荷對(duì)前翅的影響,選取蜻蜓前翅沿展向五個(gè)不同位置的橫截面并建立與之相對(duì)應(yīng)的二維褶皺翼型,基于計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamic,CFD）/計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)（Computational Structural Dynamic,CSD）的耦合方法數(shù)值模擬了蜻蜓滑翔時(shí)二維褶皺翼型的流固耦合問(wèn)題,結(jié)果顯示褶皺的變形和應(yīng)力小,且越靠近蜻蜓翅尖位置的褶皺變形和應(yīng)力越小,越靠近蜻... 

【文章來(lái)源】：南昌航空大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

蜻蜓翅膀（前翅）

卓越的飛行能力主要來(lái)源于其翅膀的巧妙結(jié)構(gòu)和多樣的撲動(dòng)方式，蜻蜓前后翅膀的撲動(dòng)是相互獨(dú)立的，不同的前后翅翼相（前后翅同相撲動(dòng)和反相撲動(dòng)等[3]）使蜻蜓擁有多種飛行模式。翅膀是蜻蜓的飛行器官，結(jié)構(gòu)薄，質(zhì)量輕，占其總體重的 1%~2%左右，具有非常好的穩(wěn)定性和極高的承載能力[4]。翅膀在蜻蜓飛行時(shí)承受高頻率（30~50Hz）的交變應(yīng)力，即使局部破損后，對(duì)其整體性能影響極小，具有很強(qiáng)的適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力。如圖 1-1 所示，蜻蜓翅膀主要由厚度很薄且透明的翅膜（厚度 2~5μm[5]）、對(duì)翅膜起連接和支撐作用的管狀翅脈組成。翅脈由橫脈和縱脈構(gòu)成，它們交叉連接在膜中形成封閉的區(qū)域[6]，這種質(zhì)量輕且性能優(yōu)良的類(lèi)桁架結(jié)構(gòu)，是蜻蜓的主要承載結(jié)構(gòu)，在力學(xué)性能中發(fā)揮關(guān)鍵作用[7-10]，翅膜則是蜻蜓的主要空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，在蜻蜓的飛行過(guò)程中，二者相輔相成。另外，蜻蜓翅膀還有一些特殊結(jié)構(gòu)如翅結(jié)和翅痣等，同樣起著重要作用，如位于翅膀末端的翅痣，在蜻蜓兩側(cè)起平衡重心的作用，保持高速飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性，也可消除飛行中翅膀的不規(guī)則振動(dòng)[11]。

空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒論經(jīng)過(guò)自然界的選擇和長(zhǎng)期的進(jìn)化，蜻蜓已經(jīng)擁有兩對(duì)完美的翅膀。如圖 1，嵌入在翅脈中的翅膜被橫脈和縱脈分成三角形、四邊形、五邊形、六邊形狀，形成大小不一的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)。研究表明蜻蜓經(jīng)過(guò)自然進(jìn)化形成的這種脈絡(luò)，其形狀和排布方式是最佳的，能有效降低翅膀的應(yīng)力[12]。Okamoto[13]針對(duì)前翅在仿生學(xué)方面對(duì)其結(jié)構(gòu)形狀做了大量數(shù)據(jù)采集與對(duì)比，不同于典型的工翼，蜻蜓前翅沿展向的橫截面呈褶皺狀，整個(gè)橫截面上的厚度也有細(xì)微差異 1-3 所示。不同位置的翅脈形狀也不盡相同，如圖 1-4 所示，但大體外形類(lèi)圓管，而且為中空結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于減輕蜻蜓翅膀的結(jié)構(gòu)重量，緩釋蜻行中的交變應(yīng)力[14]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]蜻蜓非對(duì)稱(chēng)撲動(dòng)時(shí)的氣動(dòng)特性[J]. 張銳,周超英,汪超,謝鵬.  航空學(xué)報(bào). 2017(12)
[2]撲翼前飛時(shí)蜻蜓翅膀褶皺幅度的氣動(dòng)效應(yīng)[J]. 魯旻,張子龍,仲政.  力學(xué)季刊. 2017(02)
[3]蜻蜓翼微結(jié)構(gòu)的彎扭性能分析[J]. 李衛(wèi),何國(guó)毅,林玉祥,畢團(tuán)鵬.  南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(01)
[4]基于CFD/CSD方法的蜻蜓柔性翼氣動(dòng)特性分析[J]. 孟令兵,昂海松,肖天航.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2014(09)
[5]蜻蜓翅膀功能特性及其仿生研究進(jìn)展[J]. 任露泉,李秀娟.  中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2013(04)
[6]蜻蜓翅膀的力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 趙紅曉,仲政.  力學(xué)季刊. 2009(03)
[7]生物運(yùn)動(dòng)仿生力學(xué)與智能微型飛行器[J]. 崔爾杰.  力學(xué)與實(shí)踐. 2004(02)
[8]蜻蜓飛行姿態(tài)的實(shí)時(shí)模擬測(cè)量[J]. 程鵬,柳兆濤,付東杰,續(xù)伯欽,伍小平.  實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2002(03)

博士論文
[1]蜻蜓翅膀功能特性力學(xué)機(jī)制的仿生研究[D]. 李秀娟.吉林大學(xué) 2013
[2]基于CFD/CSD的機(jī)翼氣動(dòng)彈性計(jì)算研究[D]. 崔鵬.南京航空航天大學(xué) 2011
[3]蜻蜓翅翼三維空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)與疲勞壽命研究[D]. 彎艷玲.吉林大學(xué) 2010
[4]蜻蜓膜翅結(jié)構(gòu)特征和納米力學(xué)行為及仿生分析[D]. 趙彥如.吉林大學(xué) 2007

碩士論文
[1]蜻蜓褶皺翼氣動(dòng)效能與應(yīng)力分析[D]. 班學(xué).南昌航空大學(xué) 2015
[2]低雷諾數(shù)下柔性膜撲翼氣動(dòng)特性的流固耦合分析[D]. 郝淑文.北京理工大學(xué) 2015
[3]蜻蜓翅膀微結(jié)構(gòu)與力學(xué)行為的仿生分析研究[D]. 陳應(yīng)龍.清華大學(xué) 2012
[4]蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)仿生及新型薄壁空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系研究[D]. 田嘉萌.浙江大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3578484