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《微型扑翼飞行器机翼气动特性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2006年12月西北工业大学学报Dec.2006第24卷第6期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol.24No.6⒇微型扑翼飞行器机翼气动特性研究杨淑利,宋文萍,宋笔锋,邵立民(西北工业大学航空学院翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室,陕西西安710072)摘要:依据微型扑翼飞行器产生升力和推力的机理,设计了一套能够快速、有效求得扑翼飞行器机翼气动特性的计算方法。计算程序通过VisualBasic和Fortran语言混合编程来实现,核心部分是利用改进的片条理论方法估算扑翼机翼的
2、气动性能。计算结果与在西北工业大学微型飞行器专用风洞中所进行的吹风试验结果吻合良好,证明了该方法的正确性和有效性。在此基础上,研究了不同机翼平面形状、不同展弦比、不同上下扑时间比对微型扑翼飞行器机翼气动性能的影响,这些参数对微型飞行器的设计有一定的指导和参考意义。关键词:微型扑翼飞行器,片条理论,机翼,风洞试验中图分类号:V211.3文献标识码:A文章编号:1000-2758(2006)06-0768-06于20世纪90年代提出的微型扑翼飞行器通过先,沿展向方向将机翼分成2n个翼剖面,在机翼扑机翼扑动不仅可以产生升力,还可以产生维持
3、扑翼动运动中的每一时刻,求出每个翼剖面的升力和推飞行的推力,取代了用螺旋桨或喷气式发动机作为力,然后叠加得到整个机翼的瞬时升力和推力。[1]推进器,因此气动效率较固定翼飞行器高出很多。图1显示了第i个翼剖面所受的力和力矩示意在研制微型扑翼飞行器时,为了能快速、有效地图。机翼扑动轴为左右机翼对称轴,弹性轴为机翼的估算机翼气动特性,本文发展了一套基于改进的片前梁,机翼随前梁的弯曲而弯曲,随其扭转而扭转。条理论[2]的扑翼气动力计算方法,计算程序是通过第i个翼剖面的弯曲和扭转用hi和θi表示。hi垂直于扑动轴,表示第i个翼剖面的位移;θi
4、位于hi和扑动VisualBasic和Fortran语言混合编程实现的。计算轴所组成的平面内,表示第i个翼剖面弦向与来流方法在应用片条理论的基础上,还综合考虑了结构方向的夹角。首先要求得hi和θi运动参数,进而求得弹性、涡尾迹、失速、翼剖面平均迎角和摩擦阻力等i段机翼的气动参数。因素的影响。采用本文方法能够求解扑翼机翼的平均升力、推力、输入和输出功率及推进效率等。所得计算结果和风洞吹风试验结果吻合良好,证明了本文方法的正确性和有效性。另外,本文还研究了机翼平面形状、展弦比、上下扑时间比对机翼气动特性的影响,这些参数对微型飞行器的设计
5、有一定指导和参考意义。图1第i个翼剖面的力和力矩示意图1机翼气动特性计算方法简述由图1可知~应用改进的片条理论计算机翼的气动参数,首hi=(h0)i+hi⒇收稿日期:2006-02-21作者简介:杨淑利(1982-),女,西北工业大学硕士生,主要从事微型飞行器的研究。第6期杨淑利等:微型扑翼飞行器机翼气动特性研究·769·--~mnθi=θa+θw+θi(1)-2Pin∑∑(Pin)i(h0)i=(yisinΓ0)cos(kt),h0为外加驱动位移,Γ0是mj=1i=1---(5)扑动幅度的一半。θa是扑动轴相对于来流速度U的Pou
6、tTU----俯仰角,θw是对于零风速和无扑动状态下机翼弦向Z=Pout/Pin和扑动轴的预安装角。(Nc)i是源于环量的法向力,式中,(Pin)i为i段翼剖面瞬时输入功率。Vi是机翼(Na)i是源于外显质量的法向力,(Mareo)i为围绕气微段在任意时刻t的上反角。动中心的力矩。(Ninertia)i为法向惯性力,(Minertia)i为围绕重心的惯性力矩。因为本文针对的扑翼机翼为2算例验证与分析柔性平板翼型,前缘半径很小,故没有前缘吸力。因此切向力只有摩擦阻力(Df)i。2.1机翼几何和结构参数分析hi和θi的计算考虑了机翼扑动
7、引起的结构弹性上述方法是针对西工大研制的微型扑翼飞行器~~[3]变形hi和θi,首先利用图1所显示的力求得作用在进行设计的。该飞行器起飞重量40g,机翼形状如图机翼前缘的力Ni和力矩Mi,然后联合结构弹性影2所示,翼展为400mm,展弦比为5。机翼前梁为一~~响系数Chh,Chθ,Cθh,Cθθ就可求得hi和θi。如(2)式直径1.2mm的碳杆,翼肋为直径0.8mm碳杆,机~[Chh][Chθ]-{N}{h}=~(2)翼表面蒙一层聚酯薄膜。[Cθθ][Cθh]{M}{θ}另外,结构弹性变形包括机翼在不扑动和扑动情况下的变形,即不随时
8、间变化的力产生静态弹性变形,反之则是动态弹性变形,因此~-hi=Δhi+Whi~-(3)图2机翼平面形状示意图θi=Δθi+Wθi--式中,Δhi,Δθi为静态弯曲和扭转变形;Whi,Wθi为动[4]因该机翼为平板薄机翼,故不存在前缘
