【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器设计与制造，具体涉及一种基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼。
技术介绍
1、随着对空间感知和探测要求的不断提高，飞行器正向“低慢小”型化发展，要求具备高隐蔽性和机动性，符合城市和山区等复杂地形的部署要求。然而，传统气动设计理论由于此类飞行器的小尺寸(<20cm)和低飞行雷诺数(103～105)正面临巨大挑战，包括气动效率低、动力微型化难、机动性差和抗干扰弱等，促使开展新型非定常高升力扑翼的研究。仿生扑翼是一种模仿自然生物翅膀运动的新型人造机翼，集举升、悬停和推进等功能于一体，契合现代飞行器的设计理念和要求，在未来新型飞行器领域具有重要应用前景。
2、但扑翼机翼的周期性大角度振动，使得大涡结构随运动过程不断呈现脱落或破裂现象，进而导致机翼每个周期都经历动态失速。动态失速对飞行器升力、推力和稳定性有极大的负面影响，同时其引发的扭转力和机械振动也会导致材料疲劳，给飞行器带来安全隐患，严重时会导致飞行器的坠毁。现有控制动态失速的方法常常以牺牲扑翼一定气动性能或能量为代价，来减弱其引发的安全性和稳定性问题，如减小扑动角度或引入吹吸气装置，使得扑翼的气动优势难以完全呈现。
3、综上，现有技术中存在无法有效控制扑翼动态失速的同时兼顾扑翼气动特性的问题。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，解决了现有技术中无法有效控制扑翼动态失速的同时兼顾扑翼气动特性的问题。
2、
3、进一步地，仿生鳍型前缘1沿整个机翼展向包括多个波形单元，每个波形单元包括一个波峰和两个波谷。
4、进一步地，波长指波形单元中心线上沿机翼展向的宽度；波高指相邻波峰到波谷的垂直距离。
5、进一步地，仿生鳍型前缘1以机翼弦向为x轴，机翼展向为y轴，每个波形单元的中心为第一原点，余弦函数具体表示为：
6、
7、其中，y是波形单元中心线上沿机翼展向的位置；x是波形单元在y处的高度；h是波高；ω是圆频率；
8、相邻波形单元间通过波谷利用正切形式进行对接，仿生鳍型前缘1整体呈连续光滑的波浪形。
9、进一步地，仿生鳍型前缘1以机翼展中处为第二原点，波高分别沿机翼展向翼梢和翼根呈第一幂函数变化，第一幂函数变化的约束条件表示为：
10、h＝a×|yb|+c；
11、其中，波高h>0；第一幂系数a<0；第一幂指数b>1；第一常数c>0；
12、距第二原点相同距离处的靠近翼梢的波高ht小于靠近翼根的波高hr。
13、进一步地，仿生鳍型前缘1以机翼展中处为原点，波长分别沿机翼展向翼梢和翼根呈第二幂函数变化，第二幂函数变化的约束条件表示为：
14、λ＝m×|yn|+q；
15、其中，波长λ>0；第二幂系数m>0；第二幂指数n>1；第二常数q>0；
16、距原点相同距离处的靠近翼梢的波长λt大于靠近翼根的波长λr。
17、进一步地，机翼的翼型随波高沿机翼展向连续变化，连续变化的翼型参数具体为弦长和前缘半径；其余的翼型参数均保持不变，包括最大厚度、中弧线、最大弯度和后缘角；最大弦长和最小前缘半径在机翼展中处，最小弦长和最大前缘半径在波形单元的波谷处。
18、进一步地，仿生鳍型前缘1和曲形翼身2一体成型，仿生鳍型前缘1的尾部与曲形翼身2正切相连。
19、与现有技术相比，本专利技术至少具有现如下有益效果：
20、(1)与传统线性扑翼前缘相比，本专利技术的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，通过仿生鳍型前缘增强流体的展向和法向运动，被动引入多组流向涡对增强流体间的涡量和动量交换，有助于抑制或减弱扑翼大攻角处的动态失速，避免大逆升力和逆扭矩梯度的产生，能够有效提升扑翼飞行器实际飞行时的安全性和稳定性。
21、(2)与现有动态失速控制的设计相比，本专利技术的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，利用仿生鳍型前缘替代传统线形前缘，采取一体成型工艺即可一次性完成所有硬件上的设计，无需在机翼表面或内部搭建复杂通路或结构，也无需在扑翼飞行状态下进行相关流动控制指令的输送及反馈信号的接收，本专利技术整体简结构、易成型、轻维护、便使用。
22、(3)与现有动态失速控制的耗能相比，本专利技术的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，利用仿生鳍型前缘控制扑翼动态失速是一种被动流动控制方法，通过独特外形直接改变机翼绕流结构达到有效控制的结果，无需消耗扑翼自身能量，使得扑翼飞行器有更好的续航服役性能。
23、(4)与现有动态失速控制的效率相比，本专利技术的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，仿生鳍型前缘基于机翼流场空间分布规律，其波形单元形状沿展向不规则变化，通过对波高和波长的定向调整，能够在不影响扑翼气动特性的前提下有效提升动态失速控制效率。
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1.一种基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，包括仿生鳍型前缘(1)和曲形翼身(2)；仿生鳍型前缘(1)参考鲸鱼前鳍而沿整个机翼展向呈现波浪形，受到余弦函数约束；余弦函数具有包括波长和波高的特征参数；机翼展中处的波长小于翼梢和/或翼根处的波长，机翼展中处的波高大于翼梢和/或翼根处的波高。
2.根据权利要求1所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)沿整个机翼展向包括多个波形单元，每个波形单元包括一个波峰和两个波谷。
3.根据权利要求2所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，波长指波形单元中心线上沿机翼展向的宽度；波高指相邻波峰到波谷的垂直距离。
4.根据权利要求3所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)以机翼弦向为x轴，机翼展向为y轴，每个波形单元的中心为第一原点，余弦函数具体表示为：
5.根据权利要求4所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)以机翼展中处为第二原点，
6.根据权利要求5所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)以机翼展中处为原点，波长分别沿机翼展向翼梢和翼根呈第二幂函数变化，第二幂函数变化的约束条件表示为：
7.根据权利要求6所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，机翼的翼型随波高沿机翼展向连续变化，连续变化的翼型参数具体为弦长和前缘半径；其余的翼型参数均保持不变，包括最大厚度、中弧线、最大弯度和后缘角；最大弦长和最小前缘半径在机翼展中处，最小弦长和最大前缘半径在波形单元的波谷处。
8.根据权利要求7所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)和曲形翼身(2)一体成型，仿生鳍型前缘(1)的尾部与曲形翼身(2)正切相连。
...【技术特征摘要】
1.一种基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，包括仿生鳍型前缘(1)和曲形翼身(2)；仿生鳍型前缘(1)参考鲸鱼前鳍而沿整个机翼展向呈现波浪形，受到余弦函数约束；余弦函数具有包括波长和波高的特征参数；机翼展中处的波长小于翼梢和/或翼根处的波长，机翼展中处的波高大于翼梢和/或翼根处的波高。
2.根据权利要求1所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)沿整个机翼展向包括多个波形单元，每个波形单元包括一个波峰和两个波谷。
3.根据权利要求2所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，波长指波形单元中心线上沿机翼展向的宽度；波高指相邻波峰到波谷的垂直距离。
4.根据权利要求3所述的基于仿生鳍型前缘的用于扑翼动态失速控制的机翼，其特征在于，仿生鳍型前缘(1)以机翼弦向为x轴，机翼展向为y轴，每个波形单元的中心为第一原点，余弦函数具体表示为：
5.根据权利要求4所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：董磊，毛雪瑞，肖旦丹，张文强，姚杰，任杰，杨鑫，孙强强，
申请(专利权)人：北京理工大学长三角研究院嘉兴，
类型：发明
国别省市：
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