相位差对复翅气动特性影响的研究
扑翼飞行器以其效率高和隐蔽性好等优点，吸引了众多科学家和生物学家进行探索。蜻蜓因具有两对翅膀，在前后翅膀的相互作用下，其飞行更具有稳定性和机动性，其中，前后翅相位差对其气动特性的影响起着关键作用。本文就蜻蜓前后翅相位差对气动特性的影响采用数值方法进行了研究，并在数值研究结果的指导下，完成了变相位差机构及实验样机的设计和制作，并在实验平台上完成了相关实验验证。 本文建立了计算的几何模型和运动模型，采用STAR-CCM+通过求解Navier-Stokes方程，数值模拟翅翼周围流场，分析了蜻蜓前后翅相位差对三维翼翅气动特性的影响，为扑翼样机的气动设计提供理论指导。 研究了在不同频率、前进比和扑动相位差下翅翼的气动特性。结果表明：升力曲线随相位差变化呈现U形，前后翅在扑动过程中存在多种流场干扰机制，包括尾流干扰、前缘涡干扰以及相遇干扰等；相比前翅，后翅受干扰影响较大且干扰随前进比增大而增加；气动功率与升力变化趋势呈正相关，大部分气动功率用于产生升力；前翅气动效率变化不受前进比影响，前翅效率变化是由于翻转功率的变化导致；后翅气动效率随前进比变化而变化，是由于前进比改变了前翅对后翅不同干扰类型的干扰强度。 为进一步研究蜻蜓前后翅相位差对气动特性的影响，本文设计了一特殊螺旋机构，该机构能够实现前后翅0-360°相位差变化，同时完成了相应的实验样机研制。经过测试该机构能够有效实现样机前后翅相位差改变，利用该样机在一测力实验平台上完成了相关实验。实验结果表明：实验数据在一定程度上符合文中的计算结果，不同相位差时升力和推力随时间变化规律基本相同；前后翅相位差能有效改变样机的气动力，同相扑动时升力最大；在不同扑动频率下气动力随相位差变化规律基本一致。 本文的研究成果丰富了有关蜻蜓前后翅相位差对气动特性影响的研究，在此基础上所设计的实验样机为研制扑翼飞行器提供了一定的理论依据与实验支撑。
扑翼飞行器;三维翼翅;气动特性;相位差
哈尔滨工业大学
硕士
机械电子工程
周超英
2019
中文
V211
2020-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）