仿昆虫扑翼飞行器悬停飞行的翼平面和截面形状对气动特性影响分析

摘要

仿昆虫扑翼飞行器的研究正成为热点.其成功研制对国防和民用领域的重要性不言而喻.基于计算流体动力学方法获得不同二维翼型和三维扑翼拍动运动的流场,进而获得气动力和力矩,并分析能耗.研究结果表明,拍动运动时采用平板薄翼型较NACA0012翼型、椭圆翼型和褶皱翼型可产生更大的升力；但采用NACA0012翼型可获得更高的升阻比.通过对拍动运动的能耗分析发现:悬停飞行时扑翼主要克服气动力和惯性力做功,将扑翼翻转运动的转轴位置布置在距前缘25％～50％弦长之间、采用平板薄翼型或NACA0012翼型以及面积二阶矩尽量小的平面形状、将质量分布靠近转轴和翼根、选用高强度轻质材料可获得最低的能耗,这是可用于微型仿昆虫扑翼飞行器的机翼优化设计方案.研究结果对微型仿昆虫扑翼飞行器的设计提供了参考.