模型蜻蜓静稳定性初探

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微型扑翼飞行器轻便灵活,可有效用于搜救、监控、情报收集和战场通讯,各国在该领域的研究异常活跃,竞争激烈。目前研究成果绝大多数集中于昆虫获得高升力的原理,对另一关键问题——微型扑翼飞行器在自然气流环境中的抗干扰稳定飞行问题研究不足。 本文借助仿生学手段,利用流体力学计算软件FLUENT,求解Navier-Stokes方程,对模型蜻蜒的飞行稳定性进行研究。从仿生控制策略角度,为实现微型仿生飞行昆虫最终能够在自然环境气流中稳定飞行,与风“和平”相处,提供一些帮助。 本文主要研究内容如下: 1、掌握计算流体力学软件FLUENT的使用,通过该软件的用户自定义功能(UDF),借助C语言编程对该软件进行二次开发,以实现动态网格技术,并对计算方法进行验证。 2、根据大体型蜻蜒的实际身体比例建立模型。分别计算同一风速不同风向作用下,模型蜻蜓身体和翅膀所受到的气动力,研究模型各部分对稳定性的贡献以及模型整体的纵向、航向和横向静稳定性。 3、逆风状态下改变模型蜻蜒相对风速的飞行速度,研究模型蜻蜒关于速度的静稳定性。 4、改变外界风速,计算模型蜻蜒在不同外界条件下的气动力特性,分析风速与纵向、航向和横向静稳定性之间的关系。 5、改变模型蜻蜒的翅膀扑动参数和身体姿态,研究不同自适应变形下,模型蜻蜒的静稳定性。在此基础上提出不扑动机制,以实现模型蜻蜒由航向静不稳定状态到航向静稳定状态的转变。
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