仿生撲翼飛行器原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 仿生撲翼飛行器原理一.撲翼飛行器簡介 撲翼飛行器是區(qū)別于固定翼飛行器、旋轉翼飛行器的另一類飛行器，其飛行原理直接來自自然界的鳥類和昆蟲的飛行方式。與固定翼和旋轉翼相比有明顯的優(yōu)勢。與固定翼飛行器相比，它可同時將舉升、懸停、推進等功能集中在一個撲翼系統(tǒng)中；與旋轉翼飛行器相比，它的能量利用率更高，即可推進飛行，也可滑翔飛行，而且更靈活。二.飛行器的飛行原理 傳統(tǒng)飛行器大致可分為三類：一類是根據(jù)牛頓第二定律，即作用力與反作用力定律，獲得空氣的反作用力進行飛行的，包括各類固定、旋轉、撲翼飛行器；第二類是阿基米德原理，獲取空氣的浮力進行飛行，如各類飛艇，熱氣球；第三類是根據(jù)動

2、量守恒定理飛行的，如，火箭，宇宙飛船的飛行等。 由上可知撲翼飛行器的動力來源是空氣對飛行器的反作用力。從簡單飛艇入手，飛行器的上升原因是因為空氣對其豎直向上的推力大于其自身的重力。要獲得前進方向的運動必須還得有一個水平的推力，這樣飛行器才能完成基本的飛行。比如固定翼飛行器，一般由引擎提供水平的推力，機翼在高速氣流的作用下產(chǎn)生升力，再如直升飛機，由引擎提供升力，螺旋槳與水平面的夾角產(chǎn)生的分力作為推力。綜上所述，撲翼飛行器必須能同時獲得空氣對其在水平和豎直方向上的足夠的反作用力，即升力和推力，才能完成簡單飛行。三.對鳥類飛行的分析 盡管人類對飛行器的研究有了輝煌的成就，但是鳥類仍是地球上最棒的飛行

3、器。這里以鴿子作為研究對象。鴿子可以在前進方向上以任何角度飛行，還可以從容的變化飛行姿勢，隨時轉彎，隨意的起飛降落，同時飛行動作可以清楚的觀察。 鴿子的飛行主要歸功于它靈活有力的翅膀和尾翼。下面我們將試著簡單的說明一下鴿子的飛行原理。根據(jù)前面的飛行原理，鴿子的翅膀必須能產(chǎn)生豎直向上的升力和水平的推力（這兩個力不一定是嚴格的水平和豎直）。 1.升力的產(chǎn)生：在這里我們先假設空氣是靜止的。鴿子的翅膀可以圍繞身體作一定角度的擺動，向下擺動時翅膀展開，向上擺動時翅膀折疊成到V形，而且往返擺動的時間不相等（這個有待驗證）。由于翅膀上下擺動時受力面積不同，從而導致翅膀上下擺動時的受力大小不同，向下擺動時空氣

4、對翅膀的反作用力F1（豎直向上）大于向上擺動時空氣對翅膀的反作用力F2（豎直向下）， 當F1>G時，產(chǎn)生向上的升力 連續(xù)的飛行動作是一個循環(huán)的過程，循環(huán)單元就是翅膀做一次上下擺動，向上擺動記作T1，向下擺動記作T2。在t1時，產(chǎn)生向上的速度v，在t2時，f2和g會產(chǎn)生向下加速度，使v減小，鴿子減速上升直到速度為零，再下降，如果在沒有降到初始位置前下一個循環(huán)開始，那么鴿子就可以在宏觀上產(chǎn)生豎直向上的運動。 2.推力的產(chǎn)生：水平推力是由氣流方向?qū)Τ岚蚍醋饔昧Φ乃椒至刻峁┑?。若以向右為飛行前進方向，則當翅膀下擺時，翅膀截面與水平面呈一個銳角，翅膀上擺時，翅膀截面與水平面呈一個鈍角，兩種情況對

5、應的空氣反作用力方向相反，但都會產(chǎn)生一個與前進方向相同的推力，鴿子在水平方向前進。鴿子的翅膀由骨架、肌肉、皮膚和羽毛組成。骨架較硬，肌肉羽毛相對有彈性。這是由于肌肉羽毛的彈性，使翅膀在擺動的時候翅膀的后沿一只跟隨著前沿運動并一直滯后于前沿，因此翅膀截面會在翅膀上下擺動時與水平面的夾角產(chǎn)生近似互為余角的變化。3.轉向原理：鴿子的轉向種類很復雜，根據(jù)日常生活的觀察，有大半徑轉向、小半徑轉向、在滑翔中轉向，在飛行中轉向。這些轉向都依靠翅膀的不對稱擺動、尾翼轉動和展合以及軀干扭動的相互配合而實現(xiàn)的，鴿子具體是如何通過控制這些器官來實現(xiàn)轉向，這個過程復雜我們也無法解釋，但可以抓住主要因素，從原理上簡單的進行分析。我認為鴿子的轉向主要依靠翅膀的不對稱擺動實現(xiàn)。按性質(zhì)可分為動力轉向和阻力轉向。1. 動力轉向：翅膀的不對稱擺動可以為飛行提供不對稱的動力和阻力，假設鴿子在水平面飛行，空氣相對靜止，如果兩側翅膀提供的推力不同，就會使兩側翅膀上產(chǎn)生的速度不同，從原理上說翅膀提供了一個與鴿子前進方向有一定夾角的力，我們知道如果物體受力的方向與運動的方向不共線，那么該物體就