仿蝴蝶扑翼飞行器:研究进展、挑战与未来发展

以昆虫为灵感设计的仿生扑翼飞行器在近三十余年来的时间里发展迅速,而蝴蝶作为众多昆虫中极富特色的一种也得到了许多研究者的关注。国内外以蝴蝶为研究对象进行了许多的仿生学研究和仿生飞行器研制,尤其是近十年来仿蝴蝶扑翼飞行器的设计与制造取得了较大的进展。对这一热点领域的研究进行了综述。首先从仿蝴蝶扑翼飞行器(BIFAV)的升力机制研究、结构设计与制造以及驱动与控制方面,综述近年来所取得的研究成果;其次指出仿蝴蝶扑翼飞行器目前在大小尺度、飞行灵活性、续航时间、控制鲁棒性以及仿生的逼真性方面仍然存在研究挑战;最终表明其未来的研究将朝着更小的尺寸、更灵活的飞行与更可靠的控制、更高的仿生程度等方向进一步完善。     

飞艇浮升力随高度变化规律的研究

针对软式飞艇,在确定压力高度和囊体体积的条件下,对其所受的浮升力随高度变化规律进行了理论分析和仿真计算,给出了飞艇囊体体积设计、压力高度的确定与总浮升力和静浮升力各参数之间的数值变化关系,为飞艇的总体设计提供了理论基础。     

二维弹道修正弹气动特性与稳定性仿真

在某型迫击炮无控弹结构基础上,将其引信改为固定鸭舵修正引信,采取直接利用原有尾翼结构、加大翼片面积和减少翼片数量三种尾翼设计形式,分别构建3个弹体模型,运用CFD计算软件对3种弹体模型的阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数变化规律进行仿真,得到具有一定修正能力且满足全弹道飞行稳定性要求的弹体模型方案,其仿真结论可为尾翼稳定迫击炮二维弹道修正弹的研究提供参考。     

透波隐身机翼蒙皮设计参数优化方法仿真研究

为同时获得良好的气动和隐身性能,基于外形隐身技术与材料隐身技术相结合的原理,提出了一种以透波为主的机翼蒙皮设计方案;为平衡透波机翼升力与机翼电磁隐身性能之间的关系,采用一种基于代理模型的策略,对透波机翼外形几何特征参数进行了优化设计.研究结果表明,经过优化后,透波机翼在频域、空域范围内保持良好的雷达散射截面(RCS)减...     

基于LES的三维桅杆绕流的数值实验研究

以舰船棱柱形的全封闭桅杆为研究对象,利用计算流体力学软件ANSYS ICEMCFD和ANSYSCFX对模型进行数值实验。在雷诺数为5.74×105和7.66×105,桅杆的攻角从0°变化到90°,以15°为间隔的条件下,研究了表面倾斜且前后不对称的四边形棱柱状结构在均匀流场中所受的流体载荷。通过对桅杆绕流进行数值模拟,得到了漩涡发放随时间的变化规律;发现模型由于表面倾斜的原因,除了受到阻力和升力外,还受到垂直方向上的垂向力,这在以往的柱状结构中是没有的;同时分析了模型所受的定常力和脉动力系数随雷诺数和攻角的变化规律。     

突风扰动下的扑翼气动功耗和效率变化

针对突风对扑翼飞行器气动性能的影响,开展了前向、侧向和竖直方向突风中扑翼的气动功耗和效率变化研究。首先基于简化的生物翅几何和运动模型,构建了不同方向、强度的突风模型。之后采用计算流体力学方法获得了突风方向及强度对扑翼气动力、功耗及效率的影响。最终结果表明,在所研究的突风强度范围内,前向突风引起的扑翼瞬时气动功耗增幅可达33%,但突风对扑翼平均气动功耗和效率的影响不大;从翼根到翼尖的侧向突风相比反方向的侧向突风所引起的气动功耗增加和气动效率降低更加明显;向下的突风尽管能够降低扑翼的气动功耗,但也同时降低了扑翼的气动效率。此外,突风对扑翼平均气动功耗的影响可以用与突风方向相同、大小等于突风平均速度的定常来流进行模拟,它们对扑翼平均气动功耗的影响是相近的。     

升力式飞行器对地面固定目标攻击方式研究

通过对变结构导引下升力式飞行器直接撞击目标和制导炸弹攻击目标两种攻击方式的仿真计算,发现升力式飞行器直接撞击时虽然能够进行大范围机动,但是攻击目标单一、命中速度低,而制导炸弹攻击时,虽然能够攻击多个目标,命中速度高,但是打击范围小。综合两种方式的优点,对一种组合方式攻击进行仿真计算,发现采用该方式攻击不但能够通过大范围机动对多目标实施打击,而且还能保证较高的命中速度,验证了该组合攻击方式的可行性。     

不确定阵风缓和控制系统在无人机上的应用

随着无人机技术的发展,机载设备越来越精密,对无人机飞行品质和承载品质也提出了更高的要求.将一种不确定阵风缓和系统应用在无人机上.该系统利用无人机同向副翼协同升降舵产生直接升力来抵偿阵风产生的附加过载,采用优化理论设计了不确定阵风缓和控制律.仿真实验表明,应用该系统的无人机在不确定阵风干扰下的阵风缓和率明显提高,同时,无人机的操纵性也有略为改善.     

高速艇自由变深水动力试验研究

通过模型试验,研究了高速艇从压载半潜状态自由变深到高速滑行状态的水动力现象.结果表明,当容积傅氏数大于1.25时,与舷外相通的水能完全自动排出.高速艇自由变深主要有以下5个原因:惯性作用、压载水逐渐排出导致的艇体上抬作用、艇艉由于负压形成的空穴对压载水的吸附作用、艇体动升力导致的艇体上抬作用、有利的艉倾作用.其中对具有较快加速运动的情形,惯性作用起重要地位,艇体动升力在排出流道水方面所发挥的作用相对较小,但在保持流道水排空方面发挥主导作用.     

基于B样条的螺旋桨升力面设计

为了改善螺旋桨的空泡性能,从效率和空泡性能2个方面的权衡来确定环量分布.在升力面理论设计中计及桨毂的影响.桨叶几何用较少的B样条控制角点来表示.将升力面理论计算的控制点处法向速度的平方和作为优化目标函数,并通过最小化目标函数得到桨叶几何.