仿鸟扑翼飞行器仿真研究
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飞行要复 杂得 多。在满 足工程应 用 的前提下 ，采用 近似解 析
（ ３ ）
式 中 Ｆ 为垂直气流方 向的升力 ， 为相对气流方 向的阻 Ⅳ 力； Ｆ 为修正 的气动力 系数 ；Ｙ为扑翼 与气 流的相对 速 Ｄ 度 ，它 由来 流和扑翼 扑动 的共同作用 产生 。将此 时单位 面元 产 生的 ， 沿机 体轴进行行 分解 ，可得到 此时的升力 和推
ｆｆ ＋ ～ｌ ｆ ） 口 ｒ，， ） ｏ 口 十 ＋ ｎ Ｙ （＝ ｆ
１
） ＋ ｓ ｆ ） ： ／ ＋ ｎ
（ ２ ）
为此 ，建立 仿 鸟扑翼 飞 行器 的动 力 学建 模 和仿 真系 统 ，
建 立 了它 的状态 空 间仿 真模型 ，作 为后 续分 析 、控 制研究 的 基 础 。根 据非定 常空气 动力学及 准定常 空气 动力学 原理计 算
ｑ ａ ｉｎ ｆｍｏ ｉｎ Ｔ ｅ ｉ ｌ ｔｒｏ Ｆ ｉ ｆ ｂ ａ ｄ Ｓｍｕ ｉ ｋ ｗａ ｔｄ ｅ ． ｕ ｔ ｓｏ ｔ ． ｈ ｎ ｓｍｕ ａｏ ｆＢ ＡＶ ｗ ｔ Ｍａ ａ ｎ ｉ ｌ ｓｓｕ ｉ ｄ ｏ ｏ ｈ ｌ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｐ ｉ ｇ ｗ ｎ ｉ ｅ ｉｌ ｂ ｒ — ｉ ｅｆ ｐ ｉ ｇ ｗｉ ｇ ａｒｖ ｈ ｃｅ； ｙ ａ ｃ ｍｏ ｅ Ｄｅ ｉｎ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｐ ｎ ｉ ｇ ａｒｖ ｈ ｃ ｅ； ｉｄ ｌ ａ ｐ ｎ ｎ ｉ ｅ ｉ ｌ ｄ ｎ ｍｉ ｄ ｌ； ｓｇ ｉ ｌｔ ｌ ｋ ｌ ｏ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｆＳｉ ｕｌ ｔｏ ｏ ｒ －ｌｋｅ Ｆｌ ｐｐ ｎ ｉ ｇ Ａｉ ｈ ｃｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｂｉ ｄ ｉ ａ ｉ ｇ Ｗ ｎ ｒ Ｖｅ ｉ ｌ
ＣＨＥＮ ｉ ｉ ＣＵＩ Ｇａ ｇ Ｌ ｉ Ｇｕ ｑ ｎ ， ｎ ｚ， Ｉ Ｌｅ
模 型估算 出了扑翼 的动力 学模 型， 并建 立 了其相应 的状态空 间方程 ，进而分析研 究 了在 Ｍａ ａ 言和 Ｓｍ ｌ ｋ环境 ｔ ｂ语 ｌ ｉ ｕｉ ｎ
下，对其仿 真 系统设计得 需求和要 求。 关键词 ： 扑 翼飞行器 ； 鸟扑 翼飞行 器 ； 力学建模 ； 真设计 仿 动 仿
（ ． ｅ ａｔ ｎ ｆＡｅｏ ａｔ ａ ａｄＭｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉ ｅ ｎ Ａ ｉ ｉｎＵｎ ｅｓｙｏ ｉ Ｆ ｒｅ， ｈ ｎｃ ｕ ３ ０ ２ １Ｄ ｐｒ ｍｅ ｔ ｒｎ ｕｉ ｌ ｎ ｃ ａｉａ Ｅ ｇｎ ｒ ｇ， ｖａ ｏ ｉ ｒ ｔ ｆ ｒ ｏｃ Ｃ ａｇｈ ｎ １０ ２ ； ｏ ｃ ｅｉ ｔ ｖ ｉ Ａ ２ Ｃ ｍｐ ｔ ｆｃ Ａｖ ｔ ｎＵｎｖｒ ｔ ｆ ｉ Ｆ ｒｅ， ｈ ｎ ｃｕ ３０ ２ ． ｏ ｕｅ Ｏｆ ｅ， ｉ ｉ ｉｅｓｙｏ ｒ ｏｃ Ｃ ａｇ ｈ ｎ１０ ２ ） ｒ ｉ ａｏ ｉ Ａ
１ 引言
扑翼 飞行器 因其广 阔 的应用前 景正 在受到越 来越 多 的重
主要的变形都是 由于翅膀在空 气动力等作用 下的旋转 引起 的 ， 也就是说 ，主要 的变形是旋 转变形 ，而沿 翼展方 向的横 向变 形可 以忽略 。因此 ，对翅翼 的动力 学分 析应 当采 用改 进有 限 刚体元 方法 。则其扑翼运 动规律可表达 为：
飞行过 程中翼面上的瞬时气动力。
３ 仿 鸟 扑翼 飞行 器气 动力 计算 模块
根据 准定常力为：
Ｉ Ｖ ｆ ＝ ｐ １
｛ ｌ Ｌ 寺． 。 ｃ Ｄ
＝
２ 仿 鸟扑 翼飞 行器 柔性 翼 建模 模块
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ａｌ ｓｏ ｏ ｎ ｅ ｓ ｏ ｄ ｌ ｇ ａ ｄ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｆ ｒｆ ｐ ｉ ｇ ｆ ｇ ｔ ｈ ｎ ｔ ｎ ａ ｅ ｕ ｏ ｃ ｓ ａ ｔ ｇ ｏ ｈ ｏ ｙ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｆｍｏ ｅｉ ｎ ｉ ｌ ｔ ｏ ａ ｐ ｎ ｉｈ ，ｔ ｅ ｉ ｓａ ｔ ｎ ｏ ｓ ｆｒ ｅ ｃ ｉ ｎ ｔ ｅ ｂ ｄ ｕ ｎ ｏ ｌ ｌ ｎ ｗｅ ｅ ｅ ｔ ｔｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｒ ｖ ｓ ｄ ｑ ａ ｉ ｓｅ ｄ ｅｏ ｙ ａ ｃｍｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｕ ｓｅ ｄ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ． ｎ ｂ ａｎ ｄ ｔ ｅ ｂ ｄ — ｒ ｓｉ ｅ ｈ ｏ ｇ ｅ ｉｅ ｕ ｓ— ｔａ ｙａ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｄ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ｔａ ｙ ａ ｒ ｙ ｅ ｃ ａ ｄ ｏ ｔ ｉｅ ｏ ｙ ｅ ｍａ ｏ ｈ
扑 翼飞行 器在 飞行过程 中 ，受到 的外力 包括重 力 、空气 阻力 、翅 膀惯性 力 以及 翅膀扑 动产生 的气动 力 ，其 中气 动力 的计算是 重点 也是难点 。 由于涉及 到非 定 常空气 动力学 、柔 性 翅翼 的几何形 状变化 、可变 的多孔柔 性表 面 以及 快速 的 自 适 应 系统等 ，使 得关 于扑翼飞 行气动 特性 的研究 比起 固定翼
电脑编程技巧 与维 护
仿 鸟扑翼飞行器仿 真研 究
陈桂 琴 ，崔 钢 。李 雷
（． １空军航 空大学 ，航 空机械工程 系 ， 长春 １０ ２ ；２ 空军航空大学 ，计算 机教研 室 ，长 春 １０ ２ ） ３０２ ． ３０ ２
摘
要 ： 针对仿 鸟扑翼飞行 器的柔性翼动力 学仿真 需要 ，在非定常 空气动力 学原理下 ，用修 正的准定常气动力计算
视 。而为将 微型扑 翼飞行器 成功地 运用 于各领 域 中 ，其复 杂 的 空气动力学 问题 则是首先 必须解 决 的内容之一 。这将 涉及
到 非定常 空气动力 学 、柔性 翅翼 的运动 变形 以及快 速响应 的 自适应 系统 等 ，从 而使得 扑翼飞行 的气 动特性 研究 比同类 型 的固定翼 和旋翼 复杂得 多。
（ ３ ）
式 中 Ｆ 为垂直气流方 向的升力 ， 为相对气流方 向的阻 Ⅳ 力； Ｆ 为修正 的气动力 系数 ；Ｙ为扑翼 与气 流的相对 速 Ｄ 度 ，它 由来 流和扑翼 扑动 的共同作用 产生 。将此 时单位 面元 产 生的 ， 沿机 体轴进行行 分解 ，可得到 此时的升力 和推
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（ ２ ）
为此 ，建立 仿 鸟扑翼 飞 行器 的动 力 学建 模 和仿 真系 统 ，
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下，对其仿 真 系统设计得 需求和要 求。 关键词 ： 扑 翼飞行器 ； 鸟扑 翼飞行 器 ； 力学建模 ； 真设计 仿 动 仿
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扑翼 飞行器 因其广 阔 的应用前 景正 在受到越 来越 多 的重
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飞行过 程中翼面上的瞬时气动力。
３ 仿 鸟 扑翼 飞行 器气 动力 计算 模块
根据 准定常力为：
Ｉ Ｖ ｆ ＝ ｐ １
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２ 仿 鸟扑 翼飞 行器 柔性 翼 建模 模块
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扑 翼飞行 器在 飞行过程 中 ，受到 的外力 包括重 力 、空气 阻力 、翅 膀惯性 力 以及 翅膀扑 动产生 的气动 力 ，其 中气 动力 的计算是 重点 也是难点 。 由于涉及 到非 定 常空气 动力学 、柔 性 翅翼 的几何形 状变化 、可变 的多孔柔 性表 面 以及 快速 的 自 适 应 系统等 ，使 得关 于扑翼飞 行气动 特性 的研究 比起 固定翼
电脑编程技巧 与维 护
仿 鸟扑翼飞行器仿 真研 究
陈桂 琴 ，崔 钢 。李 雷
（． １空军航 空大学 ，航 空机械工程 系 ， 长春 １０ ２ ；２ 空军航空大学 ，计算 机教研 室 ，长 春 １０ ２ ） ３０２ ． ３０ ２
摘
要 ： 针对仿 鸟扑翼飞行 器的柔性翼动力 学仿真 需要 ，在非定常 空气动力 学原理下 ，用修 正的准定常气动力计算
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到 非定常 空气动力 学 、柔性 翅翼 的运动 变形 以及快 速响应 的 自适应 系统 等 ，从 而使得 扑翼飞行 的气 动特性 研究 比同类 型 的固定翼 和旋翼 复杂得 多。