仿生扑翼膜翅的气弹特性表征
流体动力学
2022-08-23 v2
摘要
蝙蝠等自然飞行者轻松利用柔性膜翅与空气之间复杂的流固耦合。然而，为工程应用复现并缩放非定常膜翅结构与流体动力学参数之间的平衡仍具挑战。本研究提出一种新型仿生膜翅设计，并系统探究扑翼膜翅的流固耦合。该膜翅可被动弯弧，其前缘与后缘相对于扑动平面旋转。我们找到了膜性质与扑动运动学的最优组合，其在提高冲程平均升力与效率方面均优于刚性对应物，但改进并非在全部输入参数空间中持续存在。升力与效率最优值出现在不同攻角与有效膜刚度处，我们以气弹数表征之。在最优气弹数下，膜具有 15% 至 20% 之间的中等弯弧，其前缘与后缘与流动有利对齐。较低气弹数下较高弯弧因前缘负攻角与后缘过度旋转导致气动性能下降。膜翅相对于刚性翅的大部分性能增益在冲程后半段减速时取得。冲程最大弯弧约在冲程中点达到，并在其余大部分冲程中保持，从而提升升力并降低功率。我们的结果表明，结合变刚度与攻角变化效应可显著增强膜翅气动性能，并有望改善微型飞行器控制能力。
引用
@article{arxiv.2203.14055,
title = {Aeroelastic characterisation of a bio-inspired flapping membrane wing},
author = {Alexander Gehrke and Jules Richeux and Esra Uksul and Karen Mulleners},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.14055},
year = {2022}
}