大变形微型扑翼飞行器低雷诺数气动特性研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870115-S164学科分类号：082501硕士学位论文大变形微型扑翼飞行器低雷诺数气动特性研究研究生姓名朱志东学科、专业飞行器设计研究方向飞行器总体设计指导教师昂海松教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月iNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringTheLowReynoldsNumberAerodynamicCharacteristicsoflarge-deform

2、ationFlapping-wingMAVAThesisinFlightVehicleDesignbyZhuZhidongAdvisedbyAngHaisongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他

3、教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：iii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

4、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

5、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。关键词：MAV，扑翼，动网格，弹簧模型，Delaunay图映射，非定常空气动力学大变形微型扑翼飞行器低雷诺数气动特性研究ABSTRACTRecently,MAVhasgainedpopularityinthedomainoftheFlightDesignandhaspromisingapplicationprospectsinthecivil

6、ianandmilitaryfieldduetoitsmicro-dimensions,lowweight,portabilityandelusiveness.Theflapping-wingMAVimitatesflappingflightoftheaerialbirdswhichcanproduceliftandthrustforcesimultaneously.Italsocanomitthepropelsystemandpartofthecontrolsurfaces,whichcansimplifythestructureandlowertheplan

7、eweight.Thetheoryofproducingliftandthrustforcefortheflapping-wingMAVisdifferentwiththatforthefixed-wingaircraft.Therearefewtheoriesofflapping-wingmotionandtheyarenotaccurate.Inthispaper,theunsteadyaerodynamicsoftheflapping-wingMAVisstudiedundertheconditionofflapping,bendingandtwistmo

8、tionusingthe