微型飞行器阵风响应特性的风洞实验研究

摘要

阵风是影响微型飞行器安全、稳定飞行的主要因素。论文首先对已有的一种双翼微型飞行器的水平阵风响应特性进行了风洞实验研究,提出了一种适用于此类实验的动态数据处理方法。然后,设计制作了一种飞翼布局形式的刚性翼和柔性翼微型飞行器。在定常来流条件下,研究了两种微型飞行器的纵横向气动特性。研究结果表明,柔性翼受雷诺数影响较大,柔性翼能够提高微型飞行器的失速迎角,且具有更好的横航向稳定性。接着研究了两种微型飞行器在水平阵风环境下的非定常气动特性,分别给出了模型迎角和风速脉动频率变化对微型飞行器气动特性的影响。在来流减速和加速过程中,模型上的气动力发生变化,随着迎角的增加,风速脉动的影响增加。当迎角一定,来流风速脉动幅值一定时,随着风速脉动频率的增加,气动特性在大迎角时的变化也比较大。通过对比分析,研究了两种微型飞行器在阵风环境下的气动特性差别。在来流减速和加速过程中,柔性翼微型飞行器升力的脉动幅值要小于刚性翼微型飞行器,柔性翼能够提高微型飞行器的飞行品质,有一定的阵风缓和能力,有利于安全、稳定飞行。最后在定常来流条件下,通过对两种微型飞行器翼面上流场的PIV测量,研究了翼面上弦向和展向流态的发展变化。结果表明,柔性翼在展向改变了翼尖涡的位置和强度,在弦向延迟了流动的分离,从而导致两个微型飞行器翼面上的流态不同,由于不同流态对来流加速和减速的响应不同,从而使两个微型飞行器的非定常气动特性不同。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究内容及意义

第二章 实验设备和方法

2.1 实验设备

2.1.1 非定常风洞

2.1.2 测力天平

2.1.3 姿态角控制机构

2.1.4 非定常机构控制系统

2.1.5 数据采集系统

2.1.6 PIV测量系统

2.2 实验模型

2.2.1 外形的选择

2.2.2 柔性翼MAV气动特性的初步探索

2.2.3 模型方案的确定

2.3 实验方法

2.3.1 水平阵风的产生

2.3.2 数据处理方法

2.3.3 PIV测量技术

第三章 双翼微型飞行器阵风响应特性的实验研究

3.1 静态实验结果

3.2 水平阵风响应实验结果

3.2.1 迎角变化的影响

3.2.2 频率变化的影响

第四章 刚性翼和柔性翼MAV对比实验研究

4.1 定常风速下的气动特性

4.1.1 纵向气动特性

4.1.2 横侧向气动特性

4.2 水平阵风下的气动特性

4.2.1 迎角变化的影响

4.2.2 频率变化的影响

4.2.3 刚性翼和柔性翼的比较

4.3 PIV测量结果分析

4.3.1 展向测量结果

4.3.2 弦向测量结果

4.4 小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文