研究了弦长15 cm固定翼微型飞行器的展弦比对机翼升力面气动特性的影响。以MAV常用的翼面形状反齐莫曼为基础,再设置了4种展弦比,采用有限体积方法分别对不同展弦比模型的三维绕流进行数值模拟,并着重分析了模型上表面流场情况及翼尖绕流对上下表面流场的影响。结果表明展弦比为0.5时上下表面压力差较小,升力不足;展弦比为2时,常用攻角范围内上翼面会出现较大的气流分离;展弦比为1时,升力面受翼尖涡影响较大;展弦比为1.5的固定翼微型飞行器既能保持大展弦比的高升力,又能较好地避免大攻角时的气流分离带来的不利影响。该研究结果对MAV设计研究具有一定的指导意义。

为了设计更高效、高机动性的扑翼飞行器,需要对扑翼运动机理进行细致的动力学研究。其中,迎角是影响扑翼运动气动性能的关键因素。本文结合格子Boltzmann法与Level-Set动边界识别法,建立了含有动边界的流场模拟方法,并采用GPU加速,数值研究了迎角对扑翼运动气动性能的影响。结果表明增大迎角,扑翼运动的升阻比呈现先增大后减小的趋势,当迎角θ=10°时,能够获得最佳气动性能。θ=0°~40°范围内,随着迎角的增大,扑翼翼尖处的上下翼面压差比翼根、翼中处大,在翼尖处提供了更大的升力。随着迎角的增大,扑翼的前缘涡附着于翼面的面积明显增大,扑翼后方脱落的涡旋也较难耗散,提高了扑翼的升力;同时,翼尖涡的强度和影响范围变大,增加了扑翼的阻力。