适用于突风环境的微型扑翼飞行器柔性翼气动特性研究

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微型飞行器是一种新型的飞行器,因其体积小、重量轻、使用灵活、成本低,故可广泛应用于军、民用领域的侦察、通讯、搜救、勘测等领域。国内外众多研究机构已投入相当多的精力开始了广泛的研究,研制出了一些成功飞行的样机,相关技术也在进一步发展中。 论文总结了微型飞行器的通常飞行环境及影响其飞行品质的主要因素。在制约微型飞行器发展的众多技术障碍中,比较重要的一点是微型飞行器的突风环境适应能力。突风环境是微型飞行器超低空飞行时无法回避的,因其重量轻、转动惯量小、气动阻尼小,风力和风向随机变化的突风将引起其飞行速度、迎角和方向的突然变化,使其不能稳定工作。论文从理论和实践证明:基于仿生学原理的柔性翼技术可以显著提高微型飞行器抵抗突风环境的能力,且更适用于微型扑翼飞行器。 风洞试验技术是研究微型扑翼飞行器气动特性以及突风环境适应能力的重要技术手段,也是验证CFD分析工作正确性的重要途径。论文在分析了扑翼飞行的基本原理后,进一步发展了基于改进片条理论的扑翼气动力估算方法,在不同条件下对柔性扑翼的气动性能进行计算,后续的风洞吹风试验验证了该估算方法的准确性和可靠性。在此基础上,论文编制了基于Visual Basic和Fortran语言混合编成的微型扑翼飞行器机翼气动估算软件。 为了更加精确的计算柔性翼的气动特性,论文综合运用ANSYS软件建立的柔性翼有限元分析模型和基于N-S方程的数值模拟,耦合分析了柔性机翼气动弹性问题,并进一步研究了柔性翼结构对机翼气动性能的影响,得出了一些有指导意义的结论,同时也证明了柔性翼结构对提高微型飞行器适应突风环境有着重要的积极意义。
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