一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼

本发明涉及仿生柔性机翼领域，具体涉及一种基于飞鱼胸鳍特征的高升力仿生柔性机翼。

背景技术：

1、随着微型飞行器的发展，对飞行器的气动性能要求越来越高。传统刚性固定翼阵风适应性较差，遇到复杂气流时很难保持稳定的气动效率。近年来，飞行过程中具有柔性的膜翼受到学者的广泛关注。不同于传统刚性翼，柔性膜翼与空气的相互耦合作用(fsi)对气动性能产生的影响被分为两部分：由于机翼上下表面压差导致的弯曲效应和机翼表面涡的变化而导致的涡激振动。膜的变形和振动会导致机翼上表面的流场混合更强，流动分离受到抑制，升力特性得到改善。同时，膜翼振动时通过流固耦合向流场传递了更多的能量，导致机翼表面湍流动能及雷诺剪切应力增加，从而抑制气流分离提高升力。

2、飞鱼通过长期的进化能够突破水面实现滑翔飞行，在滑翔过程中的主要升力面为展开的胸鳍。据报道，飞鱼滑翔速度在15-20m/s，通过多次尾部划水能够实现30s内飞行400m，具有非常优秀的滑翔特性。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼,以飞鱼胸鳍为仿生对象的柔性机翼，可有效提高飞行时的升力，具有优秀的气动性能。

2、本发明采取的技术方案是，包括前缘鳍条、肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三和柔性翼膜，其中柔性翼膜粘贴在前缘鳍条、肋状鳍条一、肋状鳍条二和肋状鳍条三的上表面；

3、所述前缘鳍条是基于飞鱼胸鳍前缘0.25s处截面拟合而成，s为飞鱼单侧胸鳍展向长度，将拟合截面沿展向拉伸得到前缘鳍条；

4、所述肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三是分别基于飞鱼胸鳍第三根鳍条0.25s处截面拟合而成，将拟合截面沿展向拉伸分别得到肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三；

5、所述柔性翼膜是基于飞鱼胸鳍鳍膜整体形貌拟合而成，柔性翼膜的弹性模量由纳米压痕实验测得。

6、本发明所述前缘鳍条的基于飞鱼胸鳍前缘0.25s处截面的拟合过程，其二次拟合曲线定义如下：y1＝-10x2，该曲线仅拟合了鳍条前缘迎风部分，对于背风部分采用圆弧曲线拟合，并利于圆弧曲线将二者进行平滑过渡。

7、本发明所述肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三的基于飞鱼胸鳍鳍条截面的拟合过程，其二次拟合曲线的定义如下：y4＝-1.67x2，该拟合曲线拟合了鳍条截面前端迎风部分，鳍条后端背风部分利用圆弧曲线拟合，并利于圆弧曲线将二者进行平滑过渡。

8、本发明所述肋状鳍条一的旋转角度θ＝20°。

9、本发明所述肋状鳍条二的旋转角度θ＝20°。

10、本发明所述肋状鳍条三的旋转角度θ＝20°。

11、本发明所述柔性翼膜的基于飞鱼胸鳍柔性翼膜的拟合过程，其三次拟合曲线的定义如下：y7＝-1.6465×10-5x3+0.0067739x2-1.1773x-4.6757，该拟合曲线拟合柔性翼膜的后端曲线，其上端直线、下端直线分别为沿前缘鳍条、肋状鳍条三走向的直线，左端直线沿弦长方向与二者相交。

12、本发明所述柔性翼膜的弹性模量为e＝1116mpa。

13、本发明的优点是结构新颖，通过对飞鱼胸鳍整体形态以及对鳍条的观察，设计了基于飞鱼胸鳍特征的仿生机翼，接着通过纳米压痕实验测定飞鱼胸鳍膜的弹性参数，将独特的鳍膜材料属性赋予仿生机翼，由此设计出的仿生柔性机翼具有与飞鱼胸鳍类似的气动性能，可通过肋状鳍条结构增大下表面压力、柔性薄膜向上变形增大机翼上表面低压区，从而增大压力差，可有效提高飞行时的升力，同时能够在更大的迎角范围内保持高效飞行，使机翼具有更优秀的气动性能。

技术特征：

1.一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：包括前缘鳍条、肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三和柔性翼膜，其中柔性翼膜粘贴在前缘鳍条、肋状鳍条一、肋状鳍条二和肋状鳍条三的上表面；

2.根据权利要求1所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述前缘鳍条的基于飞鱼胸鳍前缘0.25s处截面的拟合过程，其二次拟合曲线定义如下：y1＝-10x2，该曲线仅拟合了鳍条前缘迎风部分，对于背风部分采用圆弧曲线拟合，并利于圆弧曲线将二者进行平滑过渡。

3.根据权利要求1所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三的基于飞鱼胸鳍鳍条截面的拟合过程，其二次拟合曲线的定义如下：y4＝-1.67x2，该拟合曲线拟合了鳍条截面前端迎风部分，鳍条后端背风部分利用圆弧曲线拟合，并利于圆弧曲线将二者进行平滑过渡。

4.根据权利要求3所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述肋状鳍条一的旋转角度θ＝20°。

5.根据权利要求3所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述肋状鳍条二的旋转角度θ＝20°。

6.根据权利要求3所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述肋状鳍条三的旋转角度θ＝20°。

7.根据权利要求1所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述柔性翼膜的基于飞鱼胸鳍柔性翼膜的拟合过程，其三次拟合曲线的定义如下：y7＝-1.6465×10-5x3+0.0067739x2-1.1773x-4.6757，该拟合曲线拟合柔性翼膜的后端曲线，其上端直线、下端直线分别为沿前缘鳍条、肋状鳍条三走向的直线，左端直线沿弦长方向与二者相交。

8.根据权利要求1或7所述的一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，其特征在于：所述柔性翼膜的弹性模量为e＝1116mpa。

技术总结本发明涉及一种基于飞鱼胸鳍特征可增大升力的仿生柔性机翼，属于仿生柔性机翼领域。包括前缘鳍条、肋状鳍条一、肋状鳍条二、肋状鳍条三和柔性翼膜，其中柔性翼膜粘贴在前缘鳍条、肋状鳍条一、肋状鳍条二和肋状鳍条三的上表面。优点是结构新颖，通过对飞鱼胸鳍整体形态以及对鳍条的观察，设计了基于飞鱼胸鳍特征的仿生机翼，接着通过纳米压痕实验测定飞鱼胸鳍膜的弹性参数，将独特的鳍膜材料属性赋予仿生机翼，由此设计出的仿生柔性机翼具有与飞鱼胸鳍类似的气动性能，可通过肋状鳍条结构增大下表面压力、柔性薄膜向上变形增大机翼上表面低压区，从而增大压力差，同时能够在更大的迎角范围内保持高效飞行，使机翼具有更优秀的气动性能。技术研发人员：刘强,徐悦,周晓勤,董世升,徐常皓受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17