仿生扑翼飞行器原理(杂项)

1、仿生扑翼飞行器原理一. 扑翼飞行器简介扑翼飞行器是区别于固定翼飞行器、旋转翼飞行器的另一类飞 行器，其飞行原理直接来自自然界的鸟类和昆虫的飞行方式。 与固定 翼和旋转翼相比有明显的优势。 与固定翼飞行器相比， 它可同时将举 升、悬停、推进等功能集中在一个扑翼系统中。 与旋转翼飞行器相比， 它的能量利用率更高，即可推进飞行，也可滑翔飞行，而且更灵活。二. 飞行器的飞行原理 传统飞行器大致可分为三类： 一类是根据牛顿第二定律， 即作用力与 反作用力定律，获得空气的反作用力进行飞行的，包括各类固定、旋 转、扑翼飞行器。 第二类是阿基米德原理， 获取空气的浮力进行飞行， 如各类飞艇， 热气球。第三类是

2、根据动量守恒定理飞行的， 如，火箭， 宇宙飞船的飞行等。由上可知扑翼飞行器的动力来源是空气对飞行器的反作用力。 从简单 飞艇入手，飞行器的上升原因是因为空气对其竖直向上的推力大于其 自身的重力。 要获得前进方向的运动必须还得有一个水平的推力， 这 样飞行器才能完成基本的飞行。 比如固定翼飞行器， 一般由引擎提供 水平的推力，机翼在高速气流的作用下产生升力，再如直升飞机，由 引擎提供升力，螺旋桨与水平面的夹角产生的分力作为推力。综上所述，扑翼飞行器必须能同时获得空气对其在水平和竖直方 向上的足够的反作用力，即升力和推力，才能完成简单飞行。三. 对鸟类飞行的分析鴿rtm解說岡尽管人类对飞行器的研究

3、 有了辉煌的成就，但是鸟 类仍是地球上最棒的飞 行器。这里以鸽子作为研 究对象。鸽子可以在前进 方向上以任何角度飞行， 还可以从容的变化飞行姿 势，随时转弯，随意的起 飞降落，同时飞行动作可以清楚的观察 鸽子的飞行主要归功于它灵活有力的翅膀和尾翼。 下面我们将试着简 单的说明一下鸽子的飞行原理。根据前面的飞行原理，鸽子的翅膀必 须能产生竖直向上的升力和水平的推力（这两个力不一定是严格的水 平和竖直）。升力的产生：在这里我们先假设空气是静止的。鸽子的翅膀可以围绕身体作一定角度的摆动，向下摆动时翅膀展开，向上摆动时翅膀折 叠成到形，而且往返摆动的时间不相等（这个有待验证） 。由于翅膀 上下摆动时受

4、力面积不同，从而导致翅膀上下摆动时的受力大小不 同，向下摆动时空气对翅膀的反作用力（竖直向上）大于向上摆动时 空气对翅膀的反作用力（竖直向下），当 > 时，产生向上的升力连续的飞行动作是一个循环的过程，循环单元就是翅膀做一次 上下摆动，向上摆动记作，向下摆动记作。 在时，产生向上的速度，在时，和会产生向下加速度，使减小， 鸽子减速上升直到速度为零， 再下降， 如果在没有降到初始位置前下 一个循环开始，那么鸽子就可以在宏观上产生竖直向上的运动。.推力的产生： 水平推力是由气流方向对翅膀反作用力的水平分量提供的。 若以 向右为飞行前进方向， 则当翅膀下摆时， 翅膀截面与水平面呈一个锐 角，翅

5、膀上摆时， 翅膀截面与水平面呈一个钝角，两种情况对应的空 气反作用力方向相反， 但都会产生一个与前进方向相同的推力， 鸽子 在水平方向前进。鸽子的翅膀由骨架、肌肉、皮肤和羽毛组成。骨架较硬，肌肉羽 毛相对有弹性。 这是由于肌肉羽毛的弹性， 使翅膀在摆动的时候翅膀 的后沿一只跟随着前沿运动并一直滞后于前沿， 因此翅膀截面会在翅 膀上下摆动时与水平面的夹角产生近似互为余角的变化。.转向原理： 鸽子的转向种类很复杂，根据日常生活的观察，有大半径转向、 小半径转向、在滑翔中转向，在飞行中转向。这些转向都依靠翅膀的 不对称摆动、 尾翼转动和展合以及躯干扭动的相互配合而实现的， 鸽 子具体是如何通过控制这些器官来实现转向， 这个过程复杂我们也无 法解释，但可以抓住主要因素，从原理上简单的进行分析。我认为鸽子的转向主要依靠翅膀的不对称摆动实现。 按性质可分 为动力转向和阻力转向1. 动力转向：翅膀的不对称摆动可以为飞行提供不对称的动力和 阻力，假设鸽子在水平面飞行，空气相对静止，如果两侧 翅膀提供的推力不同，就会使两侧翅膀上产生的速度不 同，从原理上说翅膀提供了一个与鸽子前进方向有一定夹 角的力，我们知道如果物体受力的方向与运动的方向不共 线，