蝙蝠飞行中模型翼扭转变形气动响应

摘要

蝙蝠的翼膜与身体侧面相连,这种结构不同于鸟类或昆虫,在飞行的时候必须采用主动的大变形才能获得飞行所需的气动力.比如,鸟类和昆虫可以通过翼根部的扭转实现整个翅膀的俯旋/仰旋运动,而蝙蝠翼在挥拍中翼面的攻角变化是通过扭转变形来实现的.扭转变形是指从翼根部向翼尖的攻角变化,这是由蝙蝠翼的特殊构造及其主动控制强的特点所决定的.为了研究扭转变形的启动响应,选取展弦比为3的无厚度矩形板代替蝙蝠翼,假设攻角从根部向翼尖呈线性分布,根部攻角不变,翼尖攻角简谐变化,采用带前缘脱涡模型的三维非定常面元法来研究气动响应.结果表明,相对于刚性挥拍,扭转变形不仅能够提升25％的升力,还能产生前飞所需的推力.进一步研究发现,蝙蝠翼的扭转变形与鸟类/昆虫的俯旋/仰旋运动具有相同的功能.