大变形微型扑翼飞行器低雷诺数气动特性研究

摘要

近年来微型飞行器（MAV）由于其尺寸小，重量轻，优秀的携带性，良好的隐蔽性等优点，在国防和民用领域都有很好的应用前景，成为了飞行器设计领域的新热点。扑翼型微型飞行器模仿飞鸟的扑翼运动，可以同时产生升力和推力，可以省略推进装备和部分控制面，简化机构，降低机体重量。扑翼飞行产生升力和推力的气动原理和固定翼飞行器产生升力的原理不尽相同。对于扑动飞行的升力理论研究本就不多且不太精确。本文使用CFD方法分析某款仿鸟扑翼微型飞行器，研究其在扑动、折弯和扭转运动下的非定常气动特性。
　　不同于昆虫的扑动，鸟类在飞行时，扑翼频率较低，且包含多种子运动。本文在观察了鸟类飞行录像之后，建立了海鸥类大鸟扑翼飞行的模型，通过调整模型中的参数可以模拟鸟类的各种大变形扑翼飞行。
　　采用非结构动网格来进行非定常流场气动计算，由于运动的幅度较大，采用弹簧网格模型和Delaunay图映射相结合的方法，生成周期性运动的非结构动网格。这种方法大大提高了网格变形能力和网格质量，并且该方法生成动网格无需迭代，效率高，稳定性好，避免了在变形较大时的网格交叉。
　　利用非结构动网格，本文研究了扑翼运动的翼面压力分布和涡量分布，分析了扭转角、扑动角、折弯位置、来流速度和扑动频率对鸟翼扑动的影响，研究了扑翼产生的涡对于升力及推力的影响。

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注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2微型飞行器研究现状

1.3三种微型飞行器的比较

1.4不同扑翼飞行器的比较

1.5本文的研究目的及主要内容

第二章 鸟翼飞行原理

2.1鸟翼的构造

2.2飞行方式

2.3缩减频率和斯德鲁哈尔数

2.4扑翼同时产生升力和推力的机理

2.5扑翼机理研究

2.6卡门涡街

2.7本章小结

第三章 大变形扑翼模型

3.1简易扑翼模型

3.2飞鸟大变形扑翼飞行规律

3.3 数学模型的建立

3.4扑翼运动建模的发展方向

3.5本章小结

第四章 动网格生成

4.1 动网格生成方法

4.2 三种网格变形的基本方法

4.3适于大变形扑翼飞行的动网格生成方法

4.4动网格生成程序流程图

4.5扑翼飞行器非结构动网格的生成

4.6本章小结

第五章 扑翼飞行器气动特性研究

5.1低雷诺数不可压流场求解方法

5.2低雷诺数可压缩流场求解方法

5.3扑翼飞行流场特性

5.4扑动参数对扑翼气动性能的影响与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结：

6.2 后续研究工作展望：

参考文献

致谢

硕士在学期间的研究成果及发表的学术论文