微型飞行器空气动力学研究
空气动力学是研究飞行的原理和技术
空气动力学是研究飞行的原理和技术空气动力学是研究飞行原理和技术的一个重要学科，它探讨了飞行器在空气流动中所受到的各种力和力矩，并寻求有效的飞行设计和控制方法。
通过空气动力学的研究，人们能够深入了解飞行器的运动、稳定性和机动性能，为飞行器的设计和改进提供科学的依据。
空气动力学的研究对象是飞行器在空气中的运动行为。
飞行器通常通过机翼产生升力，通过推力产生动力，通过尾翼产生稳定性和操纵性。
空气动力学通过对飞行器和周围空气流动的相互作用进行分析，揭示了飞行原理中的一些关键问题，例如升力的产生机理、阻力的来源、气动力的平衡、飞行器的稳定性和操纵性等。
升力是飞机能够在重力作用下保持在空中飞行的关键力量。
空气动力学研究揭示了升力的产生机理，主要通过机翼的形状和攻角来生成升力。
攻角是机翼和来流风向之间的夹角，通过调整飞机的攻角可以改变机翼所受到的升力和阻力。
同时，空气动力学的研究还可以指导飞机的机翼设计，进一步优化飞机的升力性能。
阻力是飞行器在飞行过程中所受到的阻碍运动的力量。
空气动力学的研究揭示了阻力的来源和降低阻力的方法。
阻力主要由摩擦阻力和压力阻力组成。
摩擦阻力是流体在飞行器表面摩擦产生的阻碍力量，而压力阻力则是流体在飞行器表面周围流动时产生的阻碍力量。
通过优化飞机的外形设计和减小阻力面积，可以有效降低阻力，提高飞机的速度和燃油效率。
气动力的平衡是飞行器在飞行过程中保持稳定的关键因素。
空气动力学的研究可以帮助设计师了解飞机受力的平衡状态，包括升力、阻力、重力和推力之间的关系。
通过合理调整飞机的重心位置、机翼和尾翼的设计，可以使飞机在飞行中保持平衡稳定的状态。
飞行器的稳定性和操纵性是影响飞机飞行安全和操控能力的重要因素。
空气动力学的研究可以揭示飞机稳定性和操纵性的机理，并为飞机的操纵系统设计提供理论依据。
通过合理设计飞机的稳定和操纵性特性，可以提高飞行器的安全性和操纵性能。
总之，空气动力学的研究对于飞行器的设计和改进具有重要的意义。
航空航天领域中的空气动力学研究
航空航天领域中的空气动力学研究空气动力学是航空航天领域中的重要研究方向，它涉及飞机、火箭等飞行器在空气中的运动和力学特性。
通过对空气动力学的深入研究，我们可以更好地理解和掌握飞行器的运行原理，从而提升航空航天技术的发展水平。
一、空气动力学的基本概念1.空气动力学的定义和研究对象空气动力学是研究飞行器在空气中的运动和相互作用的科学。
它涉及到飞行器的气动力、气动特性以及与空气的相互作用。
2.空气动力学的基本方程空气动力学的研究依赖于一系列基本方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程通过数学模型描述了飞行器与气流之间的关系。
二、空气动力学的研究方法1.实验方法实验方法是空气动力学研究中最常用的方法之一。
通过搭建试验装置和测量设备，我们可以对飞行器在空气中的运动和力学特性进行直接观测和测试。
2.数值模拟方法数值模拟方法是近年来空气动力学研究中的重要手段。
借助计算机技术和数值计算模型，我们可以对飞行器的运动和气动力进行数字化仿真和模拟，从而获得更准确的研究结果。
三、空气动力学在航空工程中的应用1.飞机设计空气动力学的研究结果对飞机的设计起到至关重要的作用。
通过分析飞机在不同速度、空气密度和气流环境下的运动特性，我们可以优化飞机的结构和气动外形，提高其飞行效率和稳定性。
2.火箭发动机设计火箭发动机是航天器的重要组成部分，而火箭发动机的性能直接受到其周围气流的影响。
空气动力学研究可以帮助我们预测和优化火箭发动机的工作状态，提高其推力和燃烧效率。
四、空气动力学的挑战与前景1.超音速和高超音速飞行超音速和高超音速飞行是航空航天领域中的重要挑战。
空气动力学研究可以帮助我们克服超音速飞行过程中的空气动力学问题，如空气动力加热和阻力增大等，从而实现更快、更高效的飞行。
2.新材料与新技术应用随着航空航天技术的不断发展，新材料和新技术的应用给空气动力学研究提出了新的挑战和机遇。
例如，复合材料的运用可以提高飞行器的强度和轻weight量，而新技术如3D打印和智能材料的应用则可以为空气动力学研究带来更多创新。
低雷诺数与微型飞行器
摘要微型飞行器（MA Vs ）的设计绝不是常规飞行器在尺度的简单缩小，面临许多技术难题，其中微型飞行器低雷诺数空气动力学是其最为根本的技术瓶颈之一，也是目前受到广泛关注的热点之一。
本文紧密结合微型飞行器技术，对这一领域中所面临的低雷诺数空气动力学问题和近两年来该方向国内一些新的进展进行了较为详细的介绍。
按照MA Vs 飞行方式和结构特性进行分类，简单介绍微型飞行器研究中的低雷诺数空气动力学问题。
介绍了二维和三维固定翼低雷诺数空气动力学问题：包括层流分离泡，翼型升力系数小攻角非线性效应，静态迟滞效应，以及低雷诺数小展弦比机翼气动特性。
以及国内学者近几年的研究成果。
关键词 低雷诺数、微型飞行器、空气动力学1. 引言美国DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency )于1992年提出微型飞行器（micro air vehicles ， MA Vs ）概念后，由于它具有广阔的军事以及民用前景，该领域广受关注并快速发展。
仅美国从事该项研究的单位就有150多家，研制出一批性能优良的试验样机。
其中最具有代表性的是Aerovironment 公司的“黑寡妇”、Sander 公司的“微星”、麻省理工学院林肯实验室的“侦查鸟”、斯坦福大学的“Mesicopter ”、加州工学院的“Microbat ”和加州大学伯克利分校的“微机械昆虫”等。
国内，大约几十个单位在开展这方面的研究，已先后研制出多种型号，并进行了初步的飞行试验，但距完全自主飞行和满足实用化要求的目标还有较大的差距。
制约微型飞行器发展的因素很多，主要归纳为以下几个方面：（1）低雷诺数高升阻比气动设计与增升措施；（2）控制问题：包括飞行稳定性、抗阵风干扰以及微型化导航和控制系统；（3）动力，能源和高效推进技术；（4）结构重量和微型化任务载荷。
目前最为关键的技术瓶颈是MA Vs 低雷诺数空气动力学技术。
飞行生物仿生流体力学和微型飞行器低雷诺数空气动力学是近几十年来广受关注的热点问题，目前该领域已进行过大量相关研究。
空气动力学的研究和应用
空气动力学的研究和应用随着科技的进步和人类对飞行的探索，空气动力学这门学科得到了越来越多的重视。
空气动力学是研究物体在空气中运动时所受到的力和飞行原理的科学，是航空航天工程等领域的重要学科。
本文将阐述空气动力学的研究和应用，以及它对于飞行器、建筑等领域的重要意义。
一、空气动力学的研究空气动力学的研究主要涉及到飞行器的气动力学和流体力学问题。
研究的对象包括气体的压力、密度、速度等因素以及飞行器表面的摩擦力和阻力等。
在研究空气动力学的过程中，需要运用到数学、物理等学科的知识。
空气动力学的研究可以通过计算机模拟、实验测量、理论研究等方法进行。
其中，实验测量是比较直接的方法，可以直接获得实验数据，但是需要依靠精密的实验设备和计算方法。
而理论研究则是从基本原理出发，通过推导和分析，得出理论计算公式和方法。
计算机模拟则可以在实验和理论的基础上，通过计算机仿真来得到更加准确的数据和解决问题的方法。
二、空气动力学的应用空气动力学的应用非常广泛，特别是在飞行器、建筑等领域中更是得到了广泛的应用。
1. 飞行器领域在航空航天工程中，对于飞行器的设计和性能优化，空气动力学是一个非常重要的学科。
研究空气动力学可以了解飞行器受到风阻的情况，同时可以给出优化设计。
此外，空气动力学研究还可以指导飞行器的维护和改进。
2. 建筑领域在建筑领域中运用空气动力学可以研究建筑空气流动、气流分布、气压和噪声等。
通过空气动力学研究，可以知道建筑的通风和空气卫生情况，有利于建筑节能和环境改善。
通过对空气动力学的研究，不仅可以丰富理论知识，同时也有重要的实际应用价值。
空气动力学的应用极大地推动了飞行器、建筑等领域的发展，使得这些领域更具竞争力。
三、空气动力学的重要性空气动力学的重要性不仅在于其应用领域的广泛性，更在于推动现代工业的发展。
空气动力学在工业生产中，特别是运输工具和建筑物等领域发挥了重要作用。
通过对空气动力学的深入研究和应用，使得各种交通工具更加高效、安全和安静，建筑也更加舒适、美观和环保。
简析微型飞行器的气动力建模
简析微型飞行器的气动力建模微型飞行器（Micro Air Vehicle，MAV）是体积微小的一类飞行器的总称。
微型飞行器由于其较小的体积，在执行任务时，隐蔽性、灵活性强，具有较高的军事和民用价值。
不同于常规飞行器，微型飞行器的工作环境往往是在低速、低雷诺数下。
微型飞行器主要可以分为固定翼、扑翼、旋翼等几类，在国内外一些高校都有相关实践及成果，具体可参考文献[1]和参考文献[2]。
由于体积较小，微型飞行器涉及的力学问题也不同于传统情况。
微型飞行器的小尺度非定常流体力学问题、扑翼飞机的柔性机翼问题以及旋翼机型广泛存在的悬停状态下升力问题，无不对目前航空学科的发展带来了新的挑战。
目前微型飞行器发展的关键问题，涵盖了气动布局、结构设计、飞行控制等多学科内容。
其中低雷诺数空气动力学，是其中较为突出的问题。
目前的低雷诺数空气动力学研究中，高攻角、小尺寸机翼的非定常气动力问题是发展高性能微型飞行器的重点，而该问题的核心内容则是研究低雷诺数下，非定常流动中翼型俯仰及沉浮运动的潜在物理机理，并且发展一系列能够代替高性能求解器的更高效的气动力模型。
1 微型飞行器的低速空气动力学及降阶模型非定常流场的求解，依赖于计算流体力学（Computational Fluid Dynamic，CFD）技术的发展。
然而在工程实践中明显可以看到，CFD技术虽然计算精度高，但其最大的缺陷在于计算时间长、效率低，难以系统分析微型飞行器在不同飞行状态下的气动力情况。
近年来国内外发展了一种基于CFD的降阶模型（Reduced Order Model，ROM）技术，通过建立较低阶数的气动力模型，在缩小耗时的前提下，实现了较高精度的气动力系数计算，因此成为目前的研究热点。
当前的ROM技术主要可分为基于经典理论的气动力降阶模型，基于系统辨识方法的ROM和基于流场特征的ROM。
这三类模型在具体应用中有所差异，而且具体的实现方法也各不相同。
基于经典理论的气动力降阶模型，以Wagner、Theodorsen等人在20世纪二三十年代提出的经典模型为代表，逐渐发展了一系列如ONERA，状态空间模型在内的针对不同情况的代数模型；基于系统辨识方法的气动力降阶模型，则是通过系统的输入输出结果，构造系统的输入输出关系，从而对新的输入下的输出结果进行辨识，代表性方法有Volterra级数，ARMA模型及神经网络等；基于流场特征的ROM，则是对表达流场特征的量进行处理、降阶，建立低阶模型，其中本征正交分解和谐波平衡方法使用较多。
航空航天工程师的空气动力学研究
航空航天工程师的空气动力学研究航空航天工程师的空气动力学研究是航空航天领域中的一项重要研究内容。
空气动力学是研究空气对飞行器的作用力及其相关问题的学科，它是航空航天工程中必不可少的一部分。
本文将着重探讨航空航天工程师在空气动力学研究中的实践和应用。
一、空气动力学的基本概念空气动力学是研究空气流动和空气对物体的作用力的科学。
在航空航天工程领域，研究的重点通常是固体物体在空气中的运动和受力情况。
空气动力学的核心内容包括流体力学、气动力学和飞行器的力学性能等。
流体力学是研究流体运动规律的学科，它通过对流体的运动状态、速度场和压力场等进行分析研究，揭示了流体运动的本质规律。
气动力学是研究空气对物体的作用力以及这些作用力对物体的影响规律的学科。
它主要关注物体在空气中运动时所受到的阻力、升力和侧向力等作用力。
二、航空航天工程师的空气动力学研究内容航空航天工程师在空气动力学的研究中扮演着关键角色。
他们需要掌握流体力学和气动力学的基本理论知识，应用这些知识设计和改进飞行器的外形、结构和运动控制系统，以提高飞行器的性能。
1. 飞行器外形设计航空航天工程师需要考虑飞行器在空气中运动时所受到的空气阻力和升力等因素。
通过合理设计飞行器的外形，可以减小阻力，提高飞行速度和燃油利用率。
此外，还需要考虑飞行器的气动稳定性和操纵性，以确保飞行过程中的安全性和可控性。
2. 控制系统设计航空航天工程师在研究中需要考虑飞行器的操纵性能。
他们需要设计和改进飞行控制系统，使其能够实现精确控制飞行器的姿态和航向。
同时，还需要做好飞行器的稳定性研究，确保在各种飞行状态下都能保持良好的稳定性。
3. 空气动力学性能测试航空航天工程师还需要进行飞行器空气动力学的性能测试。
通过实验室模型风洞试验和数值模拟等手段，可以获得飞行器在不同飞行状态下的气动力学性能数据。
这些数据对于设计和改进飞行器的气动外形和控制系统都具有重要的指导意义。
三、空气动力学研究的应用案例航空航天工程师的空气动力学研究成果直接应用于飞行器的设计和制造过程中。
空气动力学对飞行器性能影响分析
空气动力学对飞行器性能影响分析飞行器是一种依靠空气动力学原理实现飞行的载具。
空气动力学是研究飞行器在空气中运动的力学学科，它涉及到飞行器的气动力、气动设计和气动性能等方面。
空气动力学对飞行器性能有着重要的影响，本文将对空气动力学对飞行器性能的影响进行详细的分析。
首先，空气动力学对飞行器的气动力产生直接影响。
气动力是指空气对飞行器表面施加的作用力和力矩。
飞行器在空气中运动时，流经飞行器表面的空气会产生阻力、升力和剪切力等。
这些气动力的大小和方向决定了飞行器的运动状态和性能。
例如，在飞机起飞和着陆时，需要克服空气阻力产生的引力，而在飞行过程中，升力力矩则使得飞机能够保持在空中飞行。
因此，准确地分析和预测飞行器的气动力对于设计和改善飞行器的性能具有重要意义。
其次，空气动力学对飞行器的气动设计起到关键作用。
气动设计是指通过改变飞行器的外形、翼型和表面特性等来实现所需的气动性能。
通过合理的气动设计，可以降低飞行器的阻力、提高升力，并优化飞行器的稳定性和操纵性。
例如，在商业飞机的气动设计中，采用了翼型、机身和尾翼等结构，以实现最佳的升力和阻力比。
这些气动设计的改进可以显着提高飞行器的性能，例如提高燃料效率、降低噪音和减少空气污染等。
另外，空气动力学对飞行器的气动性能进行分析，有助于实现飞行器的稳定控制。
飞行器的稳定性和操纵性是指飞行器在各种工况下的稳定性和响应性能。
空气动力学对飞行器的稳定性和操纵性的影响主要体现在飞行器的动力学特性和控制响应上。
通过分析和模拟空气动力学，可以预测和改善飞行器的稳定性和操纵性。
这对于飞行器的安全性和操作性具有重要意义。
例如，航空器设计中需要考虑到各种气动因素，确保在各种飞行状态下航空器的稳定性和操纵性能良好。
此外，空气动力学对飞行器的性能影响还体现在其速度和飞行高度的限制上。
由于空气动力学的特性，飞行器在不同速度和高度下会受到不同的空气气动力影响。
在高速飞行时，空气动力学会引起剧烈湍流和冲击波现象，对飞行器的稳定性和结构强度提出了更高的要求。
空气动力学的飞行器气动设计
空气动力学的飞行器气动设计一、引言飞行器的气动设计是飞行器研发过程中至关重要的一部分。
通过合理的气动设计，可以提升飞行器的性能和稳定性，为飞行任务的完成提供有力保障。
本文将从空气动力学的角度探讨飞行器气动设计的相关内容。
二、气动力学基础1. 升力和阻力升力和阻力是飞行器气动设计的两个核心要素。
升力是垂直于飞行方向的力，使得飞行器可以克服重力而上升。
阻力则是与飞行方向相反的力，会阻碍飞行器的前进。
合理地控制升力和阻力的大小和分布，可以提高飞行器的飞行效率和经济性。
2. 气动力特性气动力特性是指飞行器在运动过程中所受到的气动力的变化规律。
通过对气动力特性的研究，可以了解飞行器在不同飞行状态下的性能表现，从而指导气动设计的优化。
常见的气动力特性包括升力系数、阻力系数、气动力矩等。
三、飞行器气动设计的关键技术1. 翼型设计翼型是飞行器气动设计中最重要的组成部分之一，其形状和参数的选择直接影响飞行器的气动力性能。
合理的翼型设计可以提高飞行器的升力系数和升力阻力比，降低阻力系数，从而提高飞行器的爬升率和巡航速度。
2. 翼面布局翼面布局是指飞行器翼面的形状和位置安排。
翼面布局应考虑飞行器的气动布局和流场分布，在满足气动性能要求的前提下，尽量减少阻力和波阻。
3. 推进系统与气动外形的匹配推进系统与飞行器气动外形的匹配是飞行器气动设计的关键之一。
合理的推进系统设计可以提供足够的动力，同时减小阻力和干扰，提高飞行器的机动性能。
4. 飞行器的稳定和操纵性设计飞行器的稳定性和操纵性设计是保证飞行安全和实现飞行任务的基础。
通过合理的飞行器布局和控制系统设计，可以提高飞行器的稳定性和操纵性，减小操纵力矩和操纵响应时滞。
四、飞行器气动设计的优化方法1. 数值仿真数值仿真是飞行器气动设计中普遍采用的优化方法之一。
通过建立飞行器的数值模型和求解气动方程，可以预测飞行器的气动性能并进行参数优化，从而降低设计成本和风险。
2. 实验验证实验验证是优化设计的重要手段之一。
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2005年9月系统工程理论与实践第9期 文章编号:100026788(2005)0920137205微型飞行器空气动力学研究李占科,宋笔锋,张亚锋(西北工业大学航空学院,陕西西安710072)摘要: 围绕与微型飞行器相关的低雷诺数空气动力学问题,进行了低雷诺数翼型气动特性的数值分析研究、低马赫数低雷诺数流场数值计算方法研究、考虑扑翼结构弹性变形的气动特性估算方法研究、微型飞行器气动特性估算的非定常涡格法研究和微型飞行器的风洞试验研究,取得的研究成果对微型飞行器的发展具有重要的参考价值和指导意义.关键词: 微型飞行器;雷诺数;扑翼;风洞试验中图分类号: V27912 文献标识码: A Aerodynamics Research on M icro Air VehiclesLI Zhan2ke,S ONG Bi2feng,ZHANG Y a2feng(School of Aeronautics,N orthwestern P olytechnical University,X i’an710072,China)Abstract: In the paper,Based on the low Reynolds number aerodynamics of the micro air vehicles(M AVs),s omeresearches were done.such as aerodynamics characteristic numerical analysis research on the air foil at low Reynoldsnumbers,numerical calculation method of low Mach low Reynolds numbers fluid field,estimation method research onaerodynamic characteristic of the aeroelastic flapping wing,unsteady v ortex method of aerodynamics characteristicestimation and wind tunnel test of M AVs.The results of this paper have im portant reference value and instructivemeaning to the development of M AVs.K ey w ords: micro air vehicles(M AVs);Reynolds number;flapping wing;wind tunnel test1 引言近年来,微型飞行器作为一种新型的航空飞行器,在国内外形成了新的研究热潮.低速和小尺寸共同决定了微型飞行器的飞行雷诺数很低(105左右),这远低于传统飞行器(包括普通的无人驾驶飞机)的飞行雷诺数范围(106～108以上).微型飞行器必须在低雷诺数条件下仍能保持良好的气动性能,而这方面的研究目前尚处在探索阶段.本文主要围绕与微型飞行器有关的低雷诺数空气动力学问题,进行了数值计算和风洞试验等方面的研究,取得了具有一定参考价值的研究成果.2 微型飞行器空气动力学研究211 低雷诺数翼型气动特性的数值分析研究微型飞行器外形尺寸小,速度低,基于微型飞行器尺寸的雷诺数也比较小,粘性效应相对强烈,流动易分离,准确求解这种低雷诺数的流场对湍流模型乃至整个数学模型都是一个极大的挑战.本研究针对低雷诺数问题,利用求解雷诺平均的NS方程,数值模拟了绕翼型的低雷诺数流动,分析了与低雷诺数流动有关的不稳定性.研究表明,分离流动都是不稳定的,会产生周期性的脱出涡.结合绕翼型的低雷诺数流动,对采用的计算模型进行了以下研究:1)FNS方程与T LNS方程数值准确性的对比研究分别采用FNS方程和T LNS方程计算了在条件:Ma=012,雷诺数Re=110×105,攻角α=1°时绕收稿日期:2003207207资助项目:总装气动预研项目(413130401)及国防基础科研项目(J1500C001)联合资助 作者简介:李占科(1973-),男,陕西岐山人,西北工业大学飞机系博士,主要从事与微型飞行器有关的研究.E pler387翼型的层流流动.两种方法给出的计算结果非常接近,差别很小(如图1(a ),(b )所示).层流翼型后缘分离泡如图2所示,差别也比较小,但是T LNS 计算出的分离泡较FNS 方程的结果稍微偏大,这是由于考虑了三个方向的粘性自然会有较大的粘性耗散所致.图1 绕E ppler387翼型层流FNS 和T LNS 计算结果图2 绕E ppler387翼型层流FNS 和T LNS 计算的翼型后缘分离泡2)转捩位置对翼型气动特性的影响研究在绕E pler387翼型的流动计算过程中必须预先给定转捩位置,使流场固定转捩.目前,在CFD 方法中还没有非常完善的方法来解决转捩判断问题,我们设定在距翼型前缘70%、80%、90%位置处固定转捩及全湍流的Willcox K 2ω湍流模型计算的流线如图3所示,可以看出不同的转捩位置对计算结果影响很大,不同的转捩位置直接决定了分离泡的大小、位置.因此,只有合理的给定转捩位置才能得到准确的结果.212 低马赫数低雷诺数流场数值计算方法研究计算了不同雷诺数情况下的NAC A0002前缘分离情况(如图4所示),通过观察流场以及升力系数可以发现,在层流条件下随着雷诺数的增加,流动的前缘分离更加容易,在较小的迎角下就可以发生,而且分离的位置更加靠近前缘.在雷诺数处于10,000量级以上时,当流动发生前缘分离时,由于迎角增加带来的升力系数的增量比线性条件下略有增加,但是不会出现明显的增加量.随着前缘分离涡的发展增大,升力系数的增加量比线性条件下还会减少.当雷诺数在1,000量级时,随着迎角的增加,升力系数增量略有减少,而且这种趋势不会随着前缘分离而停止,在这里主要研究雷诺数对前缘分离的影响.从上面的流线图可以看出,在低雷诺数尤其是雷诺数在10,000以下的情况,流动的前缘分离和后缘分离几乎同时产生,随着迎角的增大,前后缘的分离连在一起形成整个翼面的分离.总的来说,翼型前缘分离不会使翼型猛然出现一个升力的巨大增量,也不会出现升力丢失的情况.213 考虑扑翼结构弹性变形的气动特性估算方法研究扑翼气动性能的计算,采用较多的计算方法有:非定常气动估算方法、非定常面元法、非定常欧拉方程解法,甚至是更为准确的非定常N -S 方程解法.采用计算量较大的后三种计算方法无疑可以获得令人满意的计算结果,但是由于这些方法的计算速度较慢,不太适合用于设计目的.因此,我们采用基于修正片条理论的非定常气动力估算方法研究扑翼的气动性能,为以后微型扑翼飞行器的设计提供一定的参考.采用的气动力估算模型,考虑了涡尾迹、前缘吸力、过失速的影响,以及翼剖面平均迎角、弯度、摩擦阻力的影响.该模型可以快速地估算出非定常运动机翼的平均升力、平均推力及克服气动载荷所需的输入功率,还可以计算出机翼在平衡飞行中的推进效率.采用图5所示的一个翼展5148m ,重量18kg 的扑翼为算例.12个翼弦剖面的弦长分别为:6017、5116、4512、4117、4111、4214、3613、3110、2819、2311、1217,长度单位为厘米.机翼的扭转分布珋θw 是0.沿展向的翼型是Liebeck LPT 110A.831系统工程理论与实践2005年9月图3 绕E ppler387翼型湍流不同转捩位置的流线图图4 NAC A0002流场图图6是平均升力随动态扭转参数β变化的计算结果与文献[1]的比较,图7给出了一周期内推力随时间变化的计算结果,并与非定常Euler 方程计算的解进行了比较,其一致性也很好.从以上结果可得出结论,在只关心扑翼的升力、推力等基本气动特性时,非定常气动估算方法是可靠的,且计算量极小,特别适合扑翼飞行器的选型设计.931第9期微型飞行器空气动力学研究图5 机翼平面形状示意图214 微型飞行器气动特性估算的非定常涡格法研究使用非定常涡格法计算了非定常运动的微型扑翼飞行器的气动特性.验证了用非定常涡格法计算微型飞行器非定常运动气动特性的正确性和有效性,可为微型飞行器的设计提供设计依据.扑翼运动是一种周期性运动,在研究中除了要考虑上下扑动外,还要考虑机翼的俯仰运动,所以采用如下模型来模拟扑翼的运动:α(t)=α0+αmax cos (ω0t +<α)β(t )=β0+βmax cos (ω0t +<β)图6 平均升力特性 图7 一周期内推力系数分布曲线 1)俯仰运动算例中,采用NAC A0012矩形直机翼,绕距前缘0125c 的轴转动,运动规律:α(t )=3°+10cos (ω0t )β(t )=0减缩频率k =011,Δt =c U ∞.计算所得的C L ,C M 随迎角变化的曲线如图8所示,可以看出计算结果与实验结果基本一致.图8 计算结果与实验结果的比较2)挥舞运动采用展弦比AR =8的平板矩形直机翼,绕x 轴转动,α0=αmax =0°,βmax =15°,<α=90°,<β=0°,减缩频率k =011.图9和图10分别是β0=0°和β0=4°时的计算结果,与参考文献[1]的结果比较,符合较好;相比之下,本方法所用时间大大减少.215 低雷诺数下的微型飞行器的气动实验研究为了验证、改进、提高西北工业大学研制的×××微型飞行器的气动性能,对该微型飞行器进行了探索性风洞试验.试验迎角为:-5°、-215°、0°、215°、5°、715°、10°、15°、20°、25°、30°.其升力系数曲线和升阻比曲线分别如图11、12所示,与NAS A 类似试验结果比较接近(NAS A 的试验结果参见参考文献[2]).041系统工程理论与实践2005年9月图9 β0=0° 图10 β=4°图11 升力系数曲线图12 升阻比曲线3 结束语本文关于微型飞行器空气动力学问题的研究对微型飞行器的发展(如总体设计、气动布局设计等)具有重要的参考价值和指导意义.微型飞行器是一个包含多种交叉学科的高、精、尖技术,空气动力学问题仅是微型飞行器发展面临的关键技术问题和难点之一.此外,微型飞行器还面临动力、能源、飞控、导航、数据传输和系统集成等方面许多关键技术问题和难点[3],只有这些问题和难点真正得到解决,微型飞行器的发展才能迈上一个新台阶,才能真正走向实用化.参考文献:[1] Delaurier J D.An aerodynamic m odel for flapping2wing flight[J].The Aeronautical Journal,1993,4:125-130.[2] Martin R,Luther N.Jenkins.S tability and C ontrol Properties of an Aeroelastic Fixed Wing M icro Aerial Vehicle[R].AI AA20124005,2001.[3] 李占科,宋笔锋,宋海龙.微型飞行器的研究现状及其关键技术[J].飞行力学,2003,21(4):1-4.141第9期微型飞行器空气动力学研究。