仿生微型飞行器悬停飞行的空气动力学研究

鉴于仿生微型飞行器在军事及民用领域的广阔应用前景,其一经提出便成为研究热点。仿生微型飞行器悬停飞行的空气动力学是微型飞行器设计的基础,因此伴随仿生微型飞行器的研制,相关空气动力学理论和设计方法也得到了丰富和发展。本文回顾了仿生微型飞行器悬停飞行空气动力学研究的相关进展。首先,介绍目前用于研究仿生微型飞行器空气动力学问题的一系列实验和数值仿真方法;然后,介绍悬停飞行下仿生微型飞行器高升力机理(如打开合拢机制、延迟失速等),并着重讨论了前缘涡稳定性等前沿问题;之后,介绍关于仿生微型飞行器的气动设计流程及方法的研究进展,包括仿生翼的流固耦合研究以及翼的几何、运动及结构参数优化设计研究;最后,对该领域未来的研究方向做了初步探讨,提出应针对蝴蝶、瓢虫等昆虫的飞行高升力机理做进一步探索,并在微型飞行器仿生翼设计及优化技术、仿生微型飞行器飞行动稳定性及控制等方面开展深入研究和关键技术攻关。     

微型涵道飞行器飞行力学模型研究

微型飞行器(MAV)非线性飞行力学模型研究是MAV设计中的一个重要环节。微型涵道飞行器由于大包线、尺寸小、速度低、气动布局特殊,其飞行力学特性具有显著的非线性特性。以低雷诺数风洞实验为基础,研究了微型涵道飞行器的空气动力学特性,并采用CFD方法计算了微型涵道飞行器的动导数。在此基础上建立了微型涵道飞行器的飞行力学模型,并计算了基本飞行性能和配平曲线。结果表明,微型涵道飞行器与常规飞行器相比有很大差异,可以完成悬停、垂直起降和前飞的大包线飞行。     

未来航空空气动力学的发展(上)

介绍了与航空空气动力学相关的技术,包括湍流理论、涡结构、转捩和分离机制及主动涡控制技术,大型高速民航机和军用运输机减阻技术,可重复使用的高超声速空天飞行器以及与未来微型航空器相关的昆虫飞行动力学.     

飞翼式微型飞行器飞行动力学特性研究

微型飞行器(MAV)非线性飞行力学特性研究是MAV设计中的一个重要环节。由于MAV具有自身尺寸微小,飞行速度低等特点,其空气动力学低雷诺数效应十分明显。飞翼式MAV的非常规气动布局也使得其飞行力学特性与常规飞行器有很大差异。以低雷诺数风洞实验为基础,研究了飞翼式MAV空气动力学特性,提出了1种针对飞翼式飞行器的动阻尼导数计算方法。在飞翼式MAV飞行速度范围内将其运动方程分段线性化以研究其飞行力学特性数值规律。结果表明,飞翼式MAV各项飞行品质指标与常规飞行器存在很大差异,在整个飞行范围内其飞行动力学特性呈非线性变化规律。本文的研究对实现飞翼式MAV自主飞行控制具有重要意义。     

美国空气动力学飞行试验平台综述

飞行试验、风洞试验和数值计算一起被称为飞行器空气动力学研究的三大手段。归纳分析了美国空气动力学飞行试验平台发展现状,研究了空气动力学飞行试验技术和方法,探究了美国在空气动力学方面开展的飞行试验,可为国内空气动力学飞行试验平台建设提供参考。     

柔性-刚性混合翼微型飞行器气动特性研究

提出了一种将柔性翼和刚性翼相结合的柔性-刚性混合翼微型飞行器新概念布局型式，通过与刚性翼微型飞行器的风洞对比试验研究了该新概念布局的气动特性。在此基础上，进行了柔性-刚性混合翼微型飞行器试验原理样机的飞行试验验证。风洞试验和飞行试验研究结果表明：柔性-刚性混合翼微型飞行器的新概念布局是可行的；与刚性翼微型飞行器相比而言，柔性-刚性混合翼微型飞行器具有更好的气动特性，对解决微型飞行器抗风稳定飞行问题是有效的。     

扑翼微型飞行器悬停状态的扑动模式设计

依据美国伯克利大学对微型扑翼飞行器空气动力学的研究成果,对翼展处于10~25 mm(翼尖到翼尖)的扑翼微型飞行器的扑动模式进行了研究。设计了一种当飞行器处于悬停状态时,翼的扑动模式,使得飞行器可以通过改变扑动参数的大小来调节扑动力。仿真结果验证了设计方法的合理性。该研究为扑翼微型飞行器的飞行控制研究提供了一种手段和思路。     

微飞行器技术的最新发展(二)

3 发展微飞行器需研究的关键技术微飞行器的发展方向是基于MEMS技术,尽量减小它的尺寸和重量,使它进一步微型化,同时要求改善它的飞行性能,多带微型仪器,增加并增强它的功能。发展微飞行器的任务是艰巨的,有一系列技术难题需要解决。3.1 飞行动力学问题微飞行器的飞行动力学问题直接影响飞行器的整体方案和结构。微飞行器体积缩小后,飞行速度亦     

MAV微型飞行器研究进展与总体设计

系统地介绍了微型飞行器的定义、类型、任务和国内外发展现状,提出了现在微型飞行器设计的技术难点,即在气动力计算时,经典的空气动力学不再适用以及缺乏小展弦比机翼在低雷诺数下飞行的试验数据,针对这一难点提出了一套系统的设计方案,分为3个部分,分别是气动力建模、多学科优化和仿真与试验。在气动力建模中采用试验与数值计算相结合的设计方法,在基础试验数据的粗略估算后进行CFD计算达到准确设计的效果。在多学科优化中重点对续航能力进行了优化。最后通过比较仿真的结果和原型机飞行试验的数据对设计进行了验证和反馈。此套设计方法适用于大多数微型飞行器的设计。     

箔条云跨流域整体气动特性计算研究

研究随机动力学理论与统计散布取样技术,提出对飞行器抛撤"海量"箔条及形成箔条云有限分组随机统计模拟方法;采用所建立空气动力学理论与计算技术,提出可有效模拟稀薄流到连续流不同高度、马赫数、攻角与侧滑角及极高长细比箔条气动特性计算方法;研制飞行力学数值方法,计算确定任意时刻箔条个体团空间位置、速度;应用所发展随机动力学加权技术及概率统计分布原理,进行箔条云整体性能分析,建立箔条云跨流域飞行整体运动性能与覆盖范围统计模拟方法.对飞行器抛撒"海量"箔条形成箔条云跨流域飞行气动特性计算分析,模拟仿真结果与实验测试相吻合,证实所建立箔条及箔条云跨流域整体气动特性计算分析方法的工程实用与可靠性.     

弹性飞行器飞行动力学建模研究

随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用“刚性飞行器”的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型.本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性.本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础.     

扑动参数对多段扑翼机气动特性的影响与分析

正扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的飞行器,在原理上不同于传统的飞机设计和气动力的研究范畴。早期的扑翼飞行器以模仿昆虫,蝴蝶等动物的单段式扑翼为主,如加州理工大学Aero-Vironment和加州大学联合研制的蝙蝠"MicroBat"、美国佐治亚理工大学研制的仿昆虫微型飞行器"Entomopters"以及Vanderbilt大学的微型扑翼机器昆虫。近几年,由于具有更好的气动实验和更高的仿真度,多段式扑翼得到越来越多的关注。德国FESTO公司研制的仿鸟飞行器Smartbird以及南京航空航天大学设计的"翔鹰"飞行器,逼真地模拟了鸟类的飞     

对《空气动力学学报》的希望

<正>编辑部多次邀请,希望我们谈谈航空航天空气动力学的形势及对《空气动力学学报》的希望,盛情难却,特写如下短文,仅供参考。数值模拟、地面实验、飞行实验三者的发展和结合,是空气动力学发展的必然趋势。它使得飞行器的研制达到欣欣向荣的局面。例如飞行器研制完成的周期大大缩短;在研方面,新型飞机、机动飞机、高超声速载人和机动飞行器,其性能都有很大提高;在预研方面,跨超声速飞翼(融合体)和高超声速升力体等     

扑翼微型飞行器飞行姿态模型研究

扑翼微型飞行器飞行质量主要取决于能否对其飞行姿态进行有效控制, 而建立准确的飞行姿态模型尤为重要.通过对鸟和昆虫的飞行机理尤其是其飞行过程中翅膀的运动规律进行研究, 并考虑机械设计方面的因素, 对扑翼微型飞行器的飞行姿态建立了较为完整的动力学模型和数学模型.由分析可知机身所受外力为空气动力、重力和机翼作用于机身的驱动力, 而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所产生的驱动力是由瞬时平移力和扭转循环力合成的瞬时空气动力.数值仿真证实了动力学模型的正确性.      

螺旋桨式微型飞行器飞行特性分析

以南航研制成功的某型号微型飞行器为背景,以该型机的风洞实验数据为基础,针对该机的独特气动布局形式,对该机进行了六自由度飞行力学模型的建立。在建模过程中,考虑了螺旋桨滑流对飞机的气动干扰及不同飞行状态下螺旋桨拉力及扭矩的变化。通过应用四阶龙格-库塔方法对该运动方程进行数值求解,对该型微型飞行器的飞行动力学问题进行了非线性分析。     

微型扑翼飞行器风洞试验初步研究

 为了对微型扑翼飞行器空气动力学基本特性进行定量研究，利用西北工业大学微型飞行器专用风洞对微型扑翼飞行器机翼进行初步风洞吹风试验。试验中进行了扑动频率、风速、迎角、机翼平面形状、翼型弯度对机翼气动特性影响的研究。通过试验得出了微型扑翼飞行器升力、推力产生的基本规律，为微型扑翼飞行器总体设计和气动设计提供了参考。     

“流动分离与流动控制”专栏引言

正流动分离与旋涡是流体流动的"肌腱",普遍存在于飞行器内外流动之中,影响飞行器的性能。控制流动分离与旋涡运动是高性能飞行器设计的不懈追求,三角翼与分离涡流型是空气动力学领域高效利用旋涡的卓越代表。近十余年来,主动流动控制技术由于"四两拨千斤"的前景,日益成为当前流体力学和航空航天研究的前沿和热点。2009年美国航空航天学会将主动流动控制列为21世纪十项航空航天前沿技术的第5项;我国空气动力学专家庄逢甘院士也曾指出,21世纪的空气动力学将首先在流动控制领域取     

倾转旋翼飞行器飞行仿真建模

本文分析了旋翼与机体之间空气动力学干扰,推导了在过渡状态时旋翼尾迹对机体空气动力学干扰计算的简化方程,建立了一个全量倾转旋翼飞行器飞行力学数学模型,引进遗传算法进行配平计算,并对倾转旋翼飞行器飞行特性进行了简单分析.样例倾转旋翼飞行器在直升机模式时,操纵通道的操纵响应都不稳定,说明单独操纵飞行器某一通道时响应是不稳定的.随着向飞机模式的转换,操纵通道的主操纵响应逐渐稳定.     

航空动力百年回顾（一）

1 引言 风筝在中国已有两千余年的历史,中世纪时传到了西方。后来,西方国家利用风筝飞行的原理发明了滑翔机。1903年12月17日,美国的莱特兄弟发明了“飞行者”1号实验飞行器——飞机。风筝、滑翔机和飞机都是重于空气的飞行器,必须借助于空气的相对运动才能升空。风筝靠拉线产生的风力飞上天,飞机则必须靠强大的动力装置的牵引才能飞行。动力装置或发动机对于飞机实在太重要了。正如在世界上颇负盛名的前苏联空气动力学家弗·谢·佩什诺夫所说:“飞机发展过程中的每一新成就首先是由新型发动机决定的,发动机是飞行必不可少的动力源。”世界百年航空史证明,正是动力装置的发展才促进了飞机的发展。     

微型飞行器相关技术研究进展

微型飞行器是航空领域一个新的研究热点，涉及多个技术研究领域。围绕与微型飞行器相关的低雷诺数空气动力学问题，进行了绕圆柱体低雷诺数非定常流动的数值模拟方法研究、低雷诺数机翼粘性非定常流动机理研究、扑翼的气动力估算方法研究、微流动控制的数值模拟研究和微型飞机的气动实验研究，指出了微型飞行器面临的问题，并展望了其发展趋势。