本文關(guān)鍵詞：仿白鶴撲翼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其氣動(dòng)特性研究

  更多相關(guān)文章： 白鶴 撲翼 翼型 數(shù)值模擬 升推力系數(shù)

【摘要】：仿白鶴撲翼系統(tǒng)屬于仿生撲翼飛行器的范疇,與傳統(tǒng)的固定翼飛行器或旋翼飛行器不同,它是一種靠機(jī)翼的上下?lián)鋭?dòng)、折疊并繞翼?xiàng)U扭轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生升力、推力的新概念飛行器。目前,仿生撲翼飛行器已經(jīng)引起了國(guó)際上的研究熱潮,人們?cè)趽湟盹w行空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究取得了很大的進(jìn)步。基于此,本文提出一種仿白鶴撲翼系統(tǒng)的設(shè)計(jì),針對(duì)其飛行機(jī)理、撲翼結(jié)構(gòu)、樣機(jī)整體布局設(shè)計(jì)和氣動(dòng)力特性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。本文從仿生學(xué)角度研究了鳥類翅膀的構(gòu)造特征和撲打運(yùn)動(dòng)特征,著重分析了白鶴等鳥類飛行的高升力機(jī)理,并據(jù)此給出對(duì)撲翼結(jié)構(gòu)及仿白鶴撲翼系統(tǒng)樣機(jī)的設(shè)計(jì)要求,并提出一種仿白鶴撲翼機(jī)構(gòu)。使用SolidWorks建模,ADAMS對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,得出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程式,并優(yōu)化撲翼結(jié)構(gòu)。針對(duì)所涉及的撲翼機(jī)構(gòu),采用基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的方法,結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)撲翼不可壓非定常粘性翼型流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:采用撲打和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度的剛性翼與單自由度的柔性翼流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果相差不大。并比較分析了六種不同翼型對(duì)撲翼飛行升阻力特性的影響。結(jié)果表明:具有較大彎度的S1223翼型的升力系數(shù)最大,且推力系數(shù)較高,適合作為本樣機(jī)的次翼翼型;另一種具有較大彎度的2032cjc翼型的推力系數(shù)最大,且升力系數(shù)較高,適合作為本樣機(jī)的初翼翼型。在前面研究的基礎(chǔ)上,對(duì)仿白鶴撲翼系統(tǒng)樣機(jī)展開詳細(xì)的設(shè)計(jì)。制作了一款翼展2.0m,總重575.5g的仿白鶴撲翼系統(tǒng)樣機(jī),并設(shè)計(jì)仿白鶴撲翼系統(tǒng)樣機(jī)的升力、推力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,樣機(jī)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)具有可行性,為進(jìn)一步的研究奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：白鶴 撲翼 翼型 數(shù)值模擬 升推力系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V276;V211.5
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 緒論15-24
• 1.1 課題背景15
• 1.2 研究的目的和意義15-16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3.1 撲翼飛行理論16-17
• 1.3.2 仿生撲翼飛行器的制作17-21
• 1.3.3 撲翼飛行控制算法21-22
• 1.4 課題主要內(nèi)容22-24
• 2 撲翼飛行機(jī)理分析24-38
• 2.1 撲翼飛行的氣動(dòng)原理24-31
• 2.1.1 固定翼飛行模式24-27
• 2.1.2 旋翼飛行模式27-28
• 2.1.3 撲翼飛行模式28-29
• 2.1.4 三種模式對(duì)比總結(jié)29-31
• 2.2 鳥類高升力飛行機(jī)理的研究31-36
• 2.2.1 鳥類身體的特殊結(jié)構(gòu)31-32
• 2.2.2 鳥類撲翼運(yùn)動(dòng)特征和氣動(dòng)力分析32-35
• 2.2.3 鳥類轉(zhuǎn)向機(jī)理研究35
• 2.2.4 鳥類尾羽的作用35-36
• 2.3 撲翼系統(tǒng)自身各因素對(duì)撲翼氣動(dòng)力的影響36-37
• 2.3.1 撲翼影響36
• 2.3.2 機(jī)身的影響36-37
• 2.3.3 尾翼的影響37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 3 撲翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)38-49
• 3.1 設(shè)計(jì)要求39
• 3.2 設(shè)計(jì)方案39-43
• 3.2.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分40-41
• 3.2.2 折疊機(jī)構(gòu)41-43
• 3.3 ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真43-48
• 3.3.1 建立ADAMS仿真模型43
• 3.3.2 仿真結(jié)果43-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 4 基于CFD方法對(duì)撲翼飛行氣動(dòng)特性分析49-66
• 4.1 Fluent軟件介紹49-50
• 4.1.1 動(dòng)網(wǎng)格介紹49-50
• 4.2 不可壓非定常粘性流場(chǎng)的計(jì)算流體力學(xué)求解方法50-57
• 4.2.1 控制方程的建立50-52
• 4.2.2 湍流模型介紹及選擇52
• 4.2.3 控制方程的離散化處理52-56
• 4.2.4 求解方法的介紹和選擇56-57
• 4.3 NACA0012翼型流場(chǎng)求解57-63
• 4.3.1 翼型運(yùn)動(dòng)模式及UDF函數(shù)的編寫57-58
• 4.3.2 翼型網(wǎng)格劃分58-59
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果分析59-63
• 4.4 不同翼型對(duì)撲翼翼型流場(chǎng)氣動(dòng)特性的影響63-65
• 4.4.1 不同翼型的選取63-64
• 4.4.2 仿真結(jié)果分析64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 5 仿白鶴撲翼系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)及測(cè)試實(shí)驗(yàn)66-86
• 5.1 撲翼樣機(jī)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)66-77
• 5.1.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)67-71
• 5.1.2 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)71-74
• 5.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)74-77
• 5.2 樣機(jī)裝配77-80
• 5.3 仿白鶴撲翼系統(tǒng)升力測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)80-84
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹80-83
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析83-84
• 5.4 本章小結(jié)84-86
• 6 總結(jié)和展望86-88
• 6.1 總結(jié)86-87
• 6.2 展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 作者簡(jiǎn)歷92

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