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(jiǎn)介 撲翼飛行器是區(qū)別于固定翼飛行器、旋轉(zhuǎn)翼飛行器的另一類飛行器，其飛行原理直接來(lái)自自然界的鳥類和昆蟲的飛行方式。與固定翼和旋轉(zhuǎn)翼相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。與固定翼飛行器相比，它可同時(shí)將舉升、懸停、推進(jìn)等功能集中在一個(gè)撲翼系統(tǒng)中；與旋轉(zhuǎn)翼飛行器相比，它的能量利用率更高，即可推進(jìn)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(jìn)行飛行的，包括各類固定、旋轉(zhuǎn)、撲翼飛行器；第二類是阿基米德原理，獲取空氣的浮力進(jìn)行飛行，如各類飛艇，熱氣球；第三類是根據(jù)動(dòng)

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(dòng)力來(lái)源是空氣對(duì)飛行器的反作用力。從簡(jiǎn)單飛艇入手，飛行器的上升原因是因?yàn)榭諝鈱?duì)其豎直向上的推力大于其自身的重力。要獲得前進(jìn)方向的運(yùn)動(dòng)必須還得有一個(gè)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(jī)翼在高速氣流的作用下產(chǎn)生升力，再如直升飛機(jī)，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(shí)獲得空氣對(duì)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(jiǎn)單飛行。三.對(duì)鳥類飛行的分析 盡管人類對(duì)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(duì)象。鴿子可以在前進(jìn)方向上以任何角度飛行，還可以從容的變化飛行姿勢(shì)，隨時(shí)轉(zhuǎn)彎，隨意的起飛降落，同時(shí)飛行動(dòng)作可以清楚的觀察。 鴿子的飛行主要?dú)w功于它靈活有力的翅膀和尾翼。下面我們將試著簡(jiǎn)單的說(shuō)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(gè)力不一定是嚴(yán)格的水平和豎直）。 1.升力的產(chǎn)生：在這里我們先假設(shè)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(dòng)，向下擺動(dòng)時(shí)翅膀展開，向上擺動(dòng)時(shí)翅膀折疊成到V形，而且往返擺動(dòng)的時(shí)間不相等（這個(gè)有待驗(yàn)證）。由于翅膀上下擺動(dòng)時(shí)受力面積不同，從而導(dǎo)致翅膀上下擺動(dòng)時(shí)的受力大小不同，向下擺動(dòng)時(shí)空氣

4、對(duì)翅膀的反作用力F1（豎直向上）大于向上擺動(dòng)時(shí)空氣對(duì)翅膀的反作用力F2（豎直向下）， 當(dāng)F1>G時(shí)，產(chǎn)生向上的升力 連續(xù)的飛行動(dòng)作是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，循環(huán)單元就是翅膀做一次上下擺動(dòng)，向上擺動(dòng)記作T1，向下擺動(dòng)記作T2。在t1時(shí)，產(chǎn)生向上的速度v，在t2時(shí)，f2和g會(huì)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(méi)有降到初始位置前下一個(gè)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(yùn)動(dòng)。 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(jìn)方向，則當(dāng)翅膀下擺時(shí)，翅膀截面與水平面呈一個(gè)銳角，翅膀上擺時(shí)，翅膀截面與水平面呈一個(gè)鈍角，兩種情況對(duì)

5、應(yīng)的空氣反作用力方向相反，但都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與前進(jìn)方向相同的推力，鴿子在水平方向前進(jìn)。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(duì)有彈性。這是由于肌肉羽毛的彈性，使翅膀在擺動(dòng)的時(shí)候翅膀的后沿一只跟隨著前沿運(yùn)動(dòng)并一直滯后于前沿，因此翅膀截面會(huì)在翅膀上下擺動(dòng)時(shí)與水平面的夾角產(chǎn)生近似互為余角的變化。3.轉(zhuǎn)向原理：鴿子的轉(zhuǎn)向種類很復(fù)雜，根據(jù)日常生活的觀察，有大半徑轉(zhuǎn)向、小半徑轉(zhuǎn)向、在滑翔中轉(zhuǎn)向，在飛行中轉(zhuǎn)向。這些轉(zhuǎn)向都依靠翅膀的不對(duì)稱擺動(dòng)、尾翼轉(zhuǎn)動(dòng)和展合以及軀干扭動(dòng)的相互配合而實(shí)現(xiàn)的，鴿子具體是如何通過(guò)控制這些器官來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，這個(gè)過(guò)程復(fù)雜我們也無(wú)法解釋，但可以抓住主要因素，從原理上簡(jiǎn)單的進(jìn)行分析。我認(rèn)為鴿子的轉(zhuǎn)向主要依靠翅膀的不對(duì)稱擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)。按性質(zhì)可分為動(dòng)力轉(zhuǎn)向和阻力轉(zhuǎn)向。1. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向：翅膀的不對(duì)稱擺動(dòng)可以為飛行提供不對(duì)稱的動(dòng)力和阻力，假設(shè)鴿子在水平面飛行，空氣相對(duì)靜止，如果兩側(cè)翅膀提供的推力不同，就會(huì)使兩側(cè)翅膀上產(chǎn)生的速度不同，從原理上說(shuō)翅膀提供了一個(gè)與鴿子前進(jìn)方向有一定夾角的力，我們知道如果物體受力的方向與運(yùn)動(dòng)的方向不共線，那么該物體就