撲翼非定常氣動特性的實驗研究

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1、第５卷第３期航空工程進(jìn)展Vol暢５No暢３２０１４年８月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGAug．２０１４文章編號：１６７４‐８１９０（２０１４）０３‐２８９‐０７撲翼非定常氣動特性的實驗研究付鵬，宋筆鋒，王利光，李洋（西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院，西安７１００７２）摘要：撲翼的動態(tài)特性使其具有與固定翼完全不同的飛行模式，為了研究撲翼在撲動周期內(nèi)的非定常氣動特性，建立基于虛擬儀器的撲翼風(fēng)洞實驗測控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣動力、撲動角度、功率等物理量的實時測量；以斯特勞哈爾數(shù)作為撲翼非定常程度的度量標(biāo)

2、準(zhǔn)，并根據(jù)斯特勞哈爾數(shù)的定義完成撲翼在不同撲動幅度、撲動頻率和來流速度條件下的風(fēng)洞實驗；分析撲翼在不同條件下的升力、推力及推進(jìn)效率，進(jìn)而得出斯特勞哈爾數(shù)對撲翼氣動特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：撲翼的氣動力隨斯特勞哈爾數(shù)的增大而顯著增大；當(dāng)斯特勞哈爾數(shù)處于特定范圍內(nèi)時，撲翼具有較高的推進(jìn)效率。關(guān)鍵詞：撲翼；風(fēng)洞實驗；非定常氣動特性；斯特勞哈爾數(shù)；推進(jìn)效率中圖分類號：V２１１．７文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AExperimentalResearchonUnsteadyAerodynamicsforFlapping‐wingFuPeng，SongBifeng，W

3、angLiguang，LiYang（SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an７１００７２，China）Abstract：Thedynamicfeaturemakesflapping‐wingmuchdifferentfromfixed‐wing．Inordertostudytheun‐steadyaerodynamicsofflapping‐wing，aflapping‐wingwindtunnelexperimentalsystembasedonvirt

4、ualinstru‐mentissetup，whichcanperformreal‐timemeasurementofaerodynamicforce，flappingangle，powercon‐sumptionandsoon．TheStrouhalnumber（St）isregardedasakeyissueofunsteadyaerodynamics．Aseriesofwindtunnelexperiments，basedonthedefinitionofSt，arecarriedouttoexploretheinfluenceo

5、ftheSt，whichisvariedbydifferentflappingamplitude，flappingfrequencyandwindvelocity．Thelift，thrustandpropulsionefficiencyoftheflapping‐wingindifferentconditionsareanalyzed，andtheinfluenceruleofStonaerodynamiccharacteristicsforflapping‐wingisgot．Theexperimentresultsshowthat

6、，asStincreases，theaerodynamicforceofflapping‐wingincreasessignificantly；andthepropulsionefficiencykeepsinahighlevelwhenStisinacertainrange．Keywords：flapping‐wing；wind‐tunnelexperiment；unsteadyaerodynamic；Strouhalnumber；propulsioneffi‐ciency［１］外微型飛行器的研究熱點。在撲翼的氣動研究0引言中，研究者

7、們進(jìn)行了大量的實驗和探索。Michael［２］H．Dickinson等利用油缸實驗進(jìn)行了大量昆蟲微型撲翼飛行器（FMAV）是一種能夠集推進(jìn)飛行機(jī)理的研究，但其研究對象主要針對昆蟲，對與舉升為一體的微型飛行器（MAV）。由于其良好鳥類這種尺度大小的撲動研究較少。S．Heath‐的隱蔽性、較高的推進(jìn)效率等優(yōu)點已逐漸成為國內(nèi)［３］cote等在水洞實驗中研究了雷諾數(shù)、斯特勞哈爾數(shù)和俯仰角對柔性撲翼的氣動影響，但只研究了撲翼的推進(jìn)效率，未分析對撲翼的升力和推力的影收稿日期：２０１３‐１２‐０９；修回日期：２０１４‐０２‐２３［４］基金項目：總裝備

8、部氣動預(yù)研研究項目響。K．Aditya等利用自主設(shè)計的實驗裝置測試通信作者：付鵬，fupeng０４１６＠１６３．com了斯特勞哈爾數(shù)對撲翼的影響，但僅利用統(tǒng)計原理２９０航空工程進(jìn)展第５卷研究了斯特勞哈爾數(shù)對