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柔性扑翼气动性能的数值研究  [PDF]
周超英,朱建阳,汪超,谢鹏
工程力学 , 2013, DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.01.0028
Abstract: 国内外对扑翼飞行的气动特性进行了大量研究,这些研究大多基于简谐扑动的刚性翼,然而大量观察发现鸟或昆虫飞行时,翅膀存在明显的柔性变形,这种变形对其气动性能具有显著的影响。该文针对一简化的二维柔性扑翼模型,采用数值求解N-S方程并耦合扑翼柔性变形方程的计算方法,研究了扑翼柔性变形对其气动性能的影响。结果显示扑翼的柔性变形改变了扑翼周围的涡结构,从而影响扑翼的气动性能;适当的柔性变形能延迟前缘涡的脱落,从而有效地改善扑翼的推进效率,但同时减弱了扑翼在低雷诺数环境中产生高升力的尾迹捕捉机制。
扑翼柔性变形对悬停气动特性影响的数值研究  [PDF]
张兴伟,周超英,谢鹏
哈尔滨工业大学学报 , 2012, DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.2012.01.023
Abstract: 为研究扑动飞行器悬停时扑翼的变形给气动力及周围流场带来的影响,通过求解二维Navier-Stokes方程,分析了扑翼气动力及其周围流场结构随扑翼柔性变形的变化规律.结果显示,当扑翼在悬停扑动时,适当的柔性变形可以提高升力,增大升阻比,有效地改善气动特性.但是,过度的柔性变形会使扑翼的气动特性恶化,升力和升阻比随着过度的变形而减小.
一种平行曲柄连杆扑翼机构的设计、优化与实现  [PDF]
魏榛,贾立超,杨基明
力学与实践 , 2011, DOI: 10.6052/1000-0992-lxysj2010-287
Abstract: 提出了一种来自于昆虫结构启发的平行曲柄连杆的扑翼机构.该机构依靠两组平行布置的曲柄连杆和连杆间的翼面控制机构实现,既能够保证扑翼运动左右翼面的对称性,又能够实现挥拍攻角的调节和控制,采用MATLAB的非线性优化工具对该扑翼机构进行了运动参数的优化,并设计制作了大比例的实物扑翼模型进行测力分析.结果验证了这种扑翼机构能够给出非定常高升力.
一种基于结构动力学的柔性扑翼气动结构耦合方法研究  [PDF]
陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青
航空学报 , 2013, DOI: 10.7527/S1000-6893.2013.0328
Abstract: 基于结构动力学理论,发展了一套适用于扑翼气动结构耦合特性的数值模拟方法采用计算流体力学(CFD)方法数值模拟扑翼的非定常绕流,得到扑翼的非定常气动特性,基于计算结构力学(CSD)方法求解扑翼结构动力学方程得到扑翼的动态结构变形位移,从而得到周期内各时刻的扑翼外形,重复上述过程直至气动、结构变形均收敛。其中,扑翼非定常气动特性通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程得到。对于结构动态特性,首先基于Hamilton原理推导了扑翼的结构运动方程,并对动能和应变能进行变分,得到扑翼动力学方程,然后利用结构有限元方法对该方程进行离散并求解。通过与实验结果进行对比,验证了本文所发展求解程序的有效性。在此基础上针对实际柔性扑翼的简化模型展开数值模拟,研究了柔性变形对扑翼气动特性的影响,并进一步对刚性和柔性扑翼流场细节进行比较,分析研究了结构变形对柔性扑翼气动特性的影响机理。
扑旋柔性翼飞行器驱动机构的设计及动力学建模  [PDF]
王正杰,段晖,范宁军,李萌萌
北京理工大学学报 , 2010,
Abstract: 为解决传统旋翼飞行器在结构上需要尾梁、尾桨等来平衡扭矩装置所带来的飞行器结构复杂,升力与自身重量之比低,飞行性能不突出等问题,提出了一种扑旋翼结构设计方法,以及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器.采用电磁铁吸合驱动装置,通过电流方向控制电路实现电流规律正反向变化,从而产生交变电磁力驱动扑翼扑动.同时分析这种扑翼结构的特性,建立扑旋翼机构的结构模型,并应用拉格朗日方程分析建立扑旋翼驱动装置的动力学模型.仿真实验结果表明,采用某一频率的交变电磁力时机翼会产生共振现象,在同等作用力下机翼的扑动角会有一定的增大.
扑翼的推力特性与功率特性的实验研究
An Experimental Research about the Characteristics of Thrust and Power of FMAV
 [PDF]

付鹏,宋笔锋,梁少然,杨文青
- , 2016,
Abstract: 针对扑翼实验动态特性强、测控变量多的特点,设计了一种实验专用的扑动机构,在实现对扑动频率和扑动幅度精确调控的同时,集成了对瞬时扑动角度和输入功率的测量功能,建立了一套适用于扑翼风洞实验的测控系统,能够实现对动态气动力、扑动角度、扑动翼输入功率等量的实时同步测量;在此基础上针对扑翼的推力特性和功率特性进行了风洞实验研究,着重分析了在不同扑动频率和不同扑动幅度情况下扑翼的推力与功率特性;实验结果表明,在研究的范畴内,扑动频率和扑动幅度的增大都有利于推力的产生,但都会增大对应的功耗;推力和功耗都随St的增大呈“J”型曲线增长,当St小于0.25时,推力和功耗的增长趋势较缓,随着St的增大,尤其当St大于0.3时,推力和功耗将大幅增大。
Aiming at the characteristics of flapping-wing MAV (FMAV) wind tunnel experiment which has more variables to be controlled and measured in a dynamic testing environment, a flapping machine is designed for the experiment especially. Beyond the accurate control of flapping amplitude and flapping frequency, the flapping machine also integrates the measurements of instantaneous flapping angle and input power. With the flapping machine, a set of control and measure system to FMAV wind tunnel experiment was built, which realizes the measurement functions of aerodynamic forces flapping angle and input power etc. Based on the system, an experiment about the research of thrust and power characteristics of FMAV is carried on, in which the thrust and power characteristics at different flapping frequencies and different flapping amplitudes are mainly focused on. Within the scope of this study, the experiment result shows increasing flapping frequency and flapping amplitude has a good advantage to thrust generating, but that comes at the price of a higher power consumption; as St increasing, the thrust and power grow as a J-shaped curve, which means the higher the St is, the faster the thrust and power increase
我 国 休 闲 农 业 中 植 物 休 闲 活 动 研 究  [PDF]
张东梅1,张 彦2,吕 良2
北方园艺 , 2010, DOI: 10.11937/bfyy.201017092
Abstract:
展向柔性对扑翼推力影响原因的数值分析  [PDF]
张云飞,叶正寅,,
工程力学 , 2013, DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0503
Abstract: 为研究展向柔性对扑翼推力的影响及产生影响的原因,该文使用一种折叠翼模型作为研究对象,改变展向折叠的弹性系数,联立求解N-S方程和刚体运动方程,并进行了展向柔性对推力影响原因的分析。结果表明:适当的展向柔性可以减小阻力系数,但过大的展向柔性却会增加阻力系数;展向柔性之所以能够改变阻力系数,是因为展向柔性的引入改变了有效攻角沿展向的分布。若展向柔性的引入能够增加有效攻角绝对值沿展向的分布,那么就可以减小瞬时阻力系数。
扑翼飞行的绕流升力与阻流升力及其估算
Lift Estimation of Flow around Wing and Flow Dragging Wing in Flapping Wing Flight
 [PDF]

王孝义,董银萍,邱支振,汪辉兴,陈富强
- , 2017,
Abstract: 针对扑翼飞行比固定翼飞行气动特性更为复杂、升力计算更加困难问题,从绕流物体的基本气动特性出发,将飞行升力分成绕流升力与阻流升力。分析了扑翼飞行模式下绕流升力与阻流升力作用特点,解释了动物飞行中绕流升力与阻流升力的变化规律。在此基础上,建立了扑翼飞行运动模型,推导出扑翼最大绕流升力与阻流升力理论估算模型。实验算例表明,分类升力估算方法是可行的,绕流升力与阻流升力占比与扑翼实际飞行规律趋势一致。
It is difficult to theoretically calculate lift of flapping wing flight as the aerodynamic feature of flapping wing is more complex than fixed wing flight. Based on the basic aerodynamic characteristics of an object flowed around by air, the total lift of flapping wing flight was divided into lift of flow around wing(LFAW) and lift of flow dragging wing(LFDW) in this paper. The acting mechanism and change rule of LFAW and LFDW in flapping wing flight were further analyzed and illustrated. After establishing motion model of flapping wing, theoretical calculating models of maximum LFAW and LFDW were further given. Case study shows that not only the classified lift method was feasible, but the proportion of LFAW and LFDW during fly test was consistent with the change rule of actual animal flight
A Flapping-Wing Simulator for Investigation on Hawkmoth Hovering Flight
一种用于研究鹰蛾悬停飞行的扑翼实验装置

WEI Zhen,GAO Dong-qi,JIA Li-chao,YANG Ji-ming,
魏榛
,高东奇,贾立超,杨基明

实验力学 , 2010,
Abstract: 研制了一套新型的能够在空气中模拟鹰蛾悬停飞行的扑翼模型实验装置。装置由模型翼面和主体、舵机驱动单元、运动控制与检测、测力天平和采集系统等五部分构成。模型在计算机的控制下按照鹰蛾悬停飞行的活体观测数据完成扑翼运动。与此同时,系统采集得到扑翼的实际运动曲线以及模型所受到的非定常气动力。实验结果表明,模型扑翼运动能很好地复现鹰蛾悬停飞行的动态过程;所测得的气动升力与鹰蛾的悬停条件相一致;由模型实验的升阻力数据所得的挥拍面前倾角也与活体观测结果相吻合。该模拟实验装置运动调节灵活,执行便捷,操控可靠,且能够测量空气中的微小非定常气动力,这为进一步深入研究扑翼运动的机理提供了方便的手段。
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