[发明专利]基于波动推进理论的扑翼分析和设计

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天领域，并尤其涉及一种基于波动推进理论的扑翼分析和设计方法。

背景技术

鸟类由爬行动物进化而来，其小臂具有扭转自由度，观察发现鸟类的小臂会在扑翼飞行过程中随主扑打运动发生周期性扭转，研究证明这种扭转是扑翼产生推力的重要因素。

领域内对这种扑翼扭转运动存在不同的说法。一些学者认为作用于翼面上的气动力矩使翼面产生扭转，即被动扭转，只有在机动飞行时才会主动扭转产生控制力。另一些学者认为鸟类在整个飞行过程都有意识调整小臂扭转规律来达到高气动效率。近些年，这种扭转规律被广泛讨论，其中Send教授做出突出贡献。他基于准定常气动力的方法计算了最大推进效率点，并设计了SmartBird进行验证。但是，鸟类翼面扭转的本质机理并未明晰，主动扭转相比被动扭转是否会具有更高的气动效率，仍然没有明确答案。同时，在现有技术中还没有一种基于气动效率和气动力要求指导扑翼机设计的正向设计方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明首先基于波动推进理论，分析了影响扑翼气动效率的根本原因，并定义了“推进波”以表达扑翼产生的推进效果，从而发现气动效率的本质是飞行速度与“推进波”波速的比值，即气动效率的大小与飞行速度与“推进波”波速的比值相关，并据此找到了一种对扑翼气动效率进行正向设计的方法。

在本发明的实施例中，基于波动推进理论的扑翼设计方法包括如下步骤：第一步骤，在合推力满足推力要求的情况下，按照气动效率和推力要求计算扑翼的最大扭转角α_max和扑动频率f，进而设计扑翼的目标工作点；第二步骤，根据扭动刚度模型和气动力，得到与在所述第一步骤中获得的该目标工作点相匹配的翼面刚度k_r；第三步骤，利用在所述第二步骤中所求得的翼面刚度k_r来进行所述扑翼的设计。

其中，该合推力和气动效率可由下式来计算获得：

Fflap-thrust=2·∫0b2(πF0/b)(1ηThrust-1)αmax(r)2dr]]>