本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對繞撲翼流動特性影響的研究

  更多相關(guān)文章： 微型飛行器 撲翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 流體動力特性 流動顯示

【摘要】：微型飛行器因?yàn)槠潆[蔽性好,尺寸小,重量輕等優(yōu)點(diǎn),近年來已經(jīng)成為了飛行器研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。微型飛行器被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場上的重要偵查和攻擊武器,用于戰(zhàn)爭中的危險估計,目標(biāo)搜索,通信中繼,檢測化學(xué)或生物武器等等。在非軍事的民用領(lǐng)域,裝載相應(yīng)傳感器的微型飛行器則可用于救災(zāi)、賑災(zāi),消滅農(nóng)作物害蟲,考古和航拍等。與鳥類和昆蟲相似,微型飛行器是在低雷諾數(shù)下航行,因此,開展鳥類和昆蟲飛行機(jī)理的研究將有效促進(jìn)微型飛行器研制。鳥類和昆蟲的撲翼飛行產(chǎn)生升力的原理與固定翼完全不同,本文基于仿生學(xué)家與工程學(xué)家的多年觀察與研究,探討了鳥類與昆蟲撲翼的飛行機(jī)理,分析了鳥類與昆蟲產(chǎn)生高升力,推力的原因。借鑒白薯天蛾翅翼運(yùn)動,設(shè)計了多種運(yùn)動,開展了撲翼模型的實(shí)驗(yàn)研究,觀測了繞撲翼的流動結(jié)構(gòu),測量了撲翼不同運(yùn)動狀態(tài)下承受的力和力矩,研究了多種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模式下的撲翼動力特性,討論了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動角加速度和旋轉(zhuǎn)軸對撲翼動力特性的影響。檢測了撲翼在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為對稱模式,滯后模式與超前模式時的受力,討論了撲翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對于撲翼動力特性的影響�；诎资硖於瓿嵋�,設(shè)計加工了撲翼模型,依據(jù)白薯天蛾翅翼的運(yùn)動形式和頻率,分別測量了基本運(yùn)動(HM1運(yùn)動)和兩種衍生運(yùn)動(HM2運(yùn)動,滯后運(yùn)動;HM3運(yùn)動,超前運(yùn)動)的撲翼模型受力情況,對比了三種運(yùn)動的流場動力特性,指出了獲得撲翼推升力最優(yōu)運(yùn)動模式的順序?yàn)?HM2運(yùn)動、對稱模式和超前模式。進(jìn)而,采用流動顯示實(shí)驗(yàn)觀察了HM1、HM2和HM3三種運(yùn)動模式流場結(jié)構(gòu)的差別,分析了三種運(yùn)動具有不同動力特性的原因。通常鳥類和昆蟲撲翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動角加速度在撲翼運(yùn)動過程分為三個階段:開始時的加速運(yùn)動,中間階段的勻速運(yùn)動以及結(jié)束階段的減速運(yùn)動。設(shè)計了不同角加速度的AM1、AM2、AM3和AM4四種運(yùn)動模式下,討論了四種不同角加速度運(yùn)動模式下,繞撲翼流動動力特性。撲翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中不同角加速度導(dǎo)致?lián)湟淼耐屏蜕ψ兓?guī)律存在較大差異。在四種運(yùn)動中,AM4的流場動力特性較好,提供的平均推力與平均升力都為最高,流動顯示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У夭蹲叫D(zhuǎn)運(yùn)動不同階段的流動結(jié)構(gòu)。在撲翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動加速過程中翅翼前緣產(chǎn)生了非常明顯的渦結(jié)構(gòu),翅翼尾緣渦結(jié)構(gòu)出現(xiàn),翅翼的推升力系數(shù)急劇增加;翅翼勻速運(yùn)動時,附著在翅翼之上的前緣渦與尾緣渦相對較弱,推力和升力皆減小。撲翼轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸對于撲翼流場動力特性的影響明顯。旋轉(zhuǎn)軸位于長方形翅翼短邊中點(diǎn)時,繞撲翼流動的動力特性曲線比較平滑,不利于提高撲翼的升力;而旋轉(zhuǎn)軸位于翅翼前緣其動力特征曲線波動較大,這意味著能夠促使升力與推力增加。
【關(guān)鍵詞】：微型飛行器 撲翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 流體動力特性 流動顯示
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V211.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 研究背景與意義10
• 1.2 微型飛行器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 微型飛行器的現(xiàn)階段研究問題與研究方向14-15
• 1.3.1 飛行器結(jié)構(gòu)的微型化14
• 1.3.2 微型高效的動力系統(tǒng)14
• 1.3.3 新型高升力機(jī)制14-15
• 1.4 撲翼飛行機(jī)理研究15-24
• 1.4.1 鳥類與昆蟲撲翼仿生學(xué)研究15-19
• 1.4.2 鳥類與昆蟲的翅翼結(jié)構(gòu)的研究19-20
• 1.4.3 鳥和昆蟲撲翼飛行運(yùn)動與作用力的研究20-22
• 1.4.4 撲翼的非定常氣動特征的研究22-24
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 撲翼模型的設(shè)計與運(yùn)動分析25-33
• 2.1 撲翼模型25-26
• 2.2 撲翼的參數(shù)定義26-29
• 2.2.1 雷諾數(shù)26-27
• 2.2.2 縮減頻率27
• 2.2.3 參考長度和速度27-28
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)撲翼運(yùn)動的雷諾數(shù)28
• 2.2.5 推力系數(shù)與升力系數(shù)28-29
• 2.2.6 功率與效率29
• 2.3 白薯天蛾翅翼的運(yùn)動分析與簡化29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 撲翼運(yùn)動研究方法33-43
• 3.1 撲翼運(yùn)動實(shí)驗(yàn)平臺概述33
• 3.2 撲翼運(yùn)動實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析方法33-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集33-38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法38-40
• 3.3 流動顯示實(shí)驗(yàn)40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模式對繞撲翼流動影響的研究43-54
• 4.1 不同旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模式的撲翼運(yùn)動設(shè)計44
• 4.2 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模式對繞撲翼流動動力特性的影響44-50
• 4.3 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模式對繞撲翼流動結(jié)構(gòu)的影響50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 速度梯度與旋轉(zhuǎn)軸對撲翼動力特性的影響研究54-70
• 5.1 不同速度梯度的撲翼運(yùn)動設(shè)計54-59
• 5.2 速度梯度對繞撲翼流動動力特性的影響59-64
• 5.3 旋轉(zhuǎn)軸對繞撲翼流動動力特性的影響64-67
• 5.4 速度梯度對繞撲翼流動結(jié)構(gòu)的影響67-68
• 5.5 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 結(jié)論70-71
• 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單76-77
• 致謝77

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本文編號：895091