一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构制造技术

本发明专利技术公开了一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构，由中心盘以及多个以伞序排列于中心盘外围的辐条构成，该伞序辐条结构在垂直来流的干扰下，能够生成稳定的分离涡环，保证了飞行的稳定，在未来飞行器的设计中，如果将此结构作为核心部件，将极大地增加飞行器的稳定性与操纵性；该伞序辐条结构，与具有相同特征长度的实心圆盘相比，能够在产生几乎同等空气动力的情况下，耗费更少的材料，同时可以在无动力的情况下维持一段较远距离的稳定飞行，更好地节约了能源与成本。好地节约了能源与成本。好地节约了能源与成本。

【技术实现步骤摘要】
一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构


[0001]本专利技术公开涉及飞行器的
，尤其涉及一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构。

技术介绍

[0002]蒲公英种子仅靠风力就能够在空中漂浮很远的一段距离，这种高超的飞行能力近年来引起了飞行器设计者的注意。如果能够将这种优异的无动力飞行能力应用到飞行器的设计与研发中，很可能会为未来仿生飞行器的发展带来颠覆性的进展。
[0003]早期对蒲公英这类具有冠毛的羽状种子的空气动力学研究中已经表明，这类种子在飞行过程中能够承受较大的阻力，从而有效地减缓下落的终端速度，实现远距离飞行，但其依靠有限的面积产生如此高阻力的机制却一直悬而未决。2018年，Cummins等人首次通过风洞实验与流动可视化，观察到了蒲公英种子的冠毛结构在飞行时，尾流中产生了一个与本体分离的独特涡环，并认为这个分离涡环(SVR)是蒲公英种子高效飞行的关键。
[0004]目前，国内外针对分离涡环这种新发现的流动行为研究还处于起步阶段，蒲公英种子飞行的奥秘仍未被揭开。现有此领域的研究大多借鉴多孔介质流动分析的方法，将蒲公英种子的冠毛结构简化为多孔薄圆盘模型，但其飞行性能远未达到理想的状态。
[0005]因此，是否可以研发一种真正模仿蒲公英种子飞行的结构，即能形成分离涡环的结构，成为人们亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术提供了一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构，以解决
技术介绍
中存在的问题。
[0007]本专利技术提供的技术方案，具体为，一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构,该结构包括：中心盘以及多个辐条；
[0008]多个所述辐条分别以伞序布设在所述中心盘的外围，且每个所述辐条均具有连接端和自由端，每个所述辐条的连接端均与所述中心盘外缘连接。
[0009]优选，所述中心盘具有轴对称和中心对称性。
[0010]进一步优选，所述伞序辐条结构的孔隙度为0.75
‑
0.92，其中，所述孔隙度为伞序辐条结构中空隙部分的投影面积与假想实心圆盘的总投影面积之比。
[0011]进一步优选，所述伞序辐条结构的特征长度D＝2R，其中，R为伞序辐条结构的特征半径，所述辐条的截面特征长度与所述中心盘的直径比为所述辐条的数量n为
[0012]进一步优选，所述辐条的连接端均与所述中心盘的外缘刚性连接。
[0013]进一步优选，所述辐条的连接端均与所述中心盘的外缘活动连接，所述辐条可绕
任意轴线进行转动。
[0014]进一步优选，所述辐条为刚性直杆、刚性曲杆或柔性杆。
[0015]进一步优选，所述刚性曲杆的弯度可调。
[0016]本专利技术提供的能够产生分离涡环的伞序辐条结构，由中心盘以及多个以伞序排列于中心盘外围的辐条构成，该伞序辐条结构在垂直来流的干扰下，能够生成稳定的分离涡环，保证了飞行的稳定，在未来飞行器的设计中，如果将此结构作为核心部件，将极大地增加飞行器的稳定性与操纵性。
[0017]本专利技术提供的能够产生分离涡环的伞序辐条结构，与具有相同特征长度的实心圆盘相比，能够在产生几乎同等空气动力的情况下，耗费更少的材料，同时可以在无动力的情况下维持一段较远距离的稳定飞行，更好地节约了能源与成本。
[0018]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术公开实施例提供的一种辐条为刚性直杆的伞序辐条结构的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术公开实施例提供的一种辐条为刚性直杆的伞序辐条结构的俯视图；
[0023]图3为本专利技术公开实施例提供的一种辐条为刚性直杆的伞序辐条结构的侧视图；
[0024]图4为本专利技术公开实施例提供的一种伞序辐条结构上方产生的分离涡环示意图；
[0025]图5为本专利技术公开实施例提供的一种伞序辐条结构中心盘上方流场的速度矢量图；
[0026]图6为涡环未发生分离时结构流场的粒子迹线图；
[0027]图7为涡环未发生分离时中心盘上方流场的速度矢量图。
具体实施方式
[0028]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置的例子。
[0029]现有研究大多依赖于多孔介质结构，简单地将依照蒲公英种子冠毛结构建立的三维模型称为多孔薄圆盘，无法准确区分其与蜂窝盘等传统意义上的多孔结构。此外，为后续将此结构作为核心部件真正应用到飞行器中，需以蒲公英种子冠毛为结构为基础，将研究范围进一步拓展到一类能够产生分离涡环的结构。
[0030]自然界蒲公英种子的冠毛由中心枕叶与外围刚毛状的细丝构成，这些细丝如同自
行车轮的辐条一样从枕叶向外辐射。在流体力学领域，已有对按一定规律排列起来的相同的机翼系列的绕流研究，即叶栅理论。类似的，本实施方案以蒲公英种子冠毛的外形特征为基础，将一类能够产生分离涡环的结构看作为由一个中心盘与外围一系列按一定规则排列的相同柱体所构成，这些柱体从中心盘向外辐射，且其轴线与中心盘所在平面存在一定角度，如同雨伞的伞骨一般在中心盘外围成伞序排列。综上，基于结构的外形特征，本实施方案将此类结构定义为伞序辐条结构。
[0031]参见图1
‑
图3，上述伞序辐条结构主要由中心盘1以及多个辐条2构成，其中，多个辐条2分别以伞序布设在中心盘1的外围，且每个辐条2均具有连接端和自由端，每个辐条2的连接端均与中心盘1外缘连接。
[0032]其中，伞序即多个辐条2沿着中心盘1的外周间隔均匀布置，且辐条2与中心盘1之间具有一定角度，具体的角度可以根据实际情况进行设定。
[0033]对于上述伞序辐条结构，当存在上升气流时，部分气流绕过辐条2从空隙中流过，辐条2周围会产生厚厚的边界层，相邻两根辐条的边界层相互作用，产生“壁效应”，导致流过结构的气流显著减少，使伞序辐条结构的表现类似于一个连续表面，中心盘1上方的气流与边缘气流间相互剪切形成了一个涡环。同时，中心盘1附近的辐条根部间存在的较大正径向压力梯度帮助“抬起”了这个涡环，于是中心盘1上方便产生了一个分离涡环。由于分离涡环的存在，使结构上表面为低压区，下表面为高压区，上下表面的压力差使伞序辐条结构获得了向上的力，有效延缓了降落速度，从而能够稳定飞行较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够产生分离涡环的伞序辐条结构,其特征在于，包括：中心盘(1)以及多个辐条(2)；多个所述辐条(2)分别以伞序布设在所述中心盘(1)的外围，且每个所述辐条(2)均具有连接端和自由端，每个所述辐条(2)的连接端均与所述中心盘(1)外缘连接。2.根据权利要求1所述能够产生分离涡环的伞序辐条结构,其特征在于，所述中心盘(1)具有轴对称和中心对称性。3.根据权利要求1所述能够产生分离涡环的伞序辐条结构,其特征在于，所述伞序辐条结构的孔隙度为0.75
‑
0.92，其中，所述孔隙度为伞序辐条结构中空隙部分的投影面积与假想实心圆盘的总投影面积之比。4.根据权利要求1所述能够产生分离涡环的伞序辐条结构,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱福生，于乐，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：