王一坤

摘 要：竹蜻蜓的飞行原理和过程与直升机有着很多相似之处。该文建立了竹蜻蜓桨叶全攻角范围的升阻力理论公式，研究了竹蜻蜓竖直方向的飞行过程，优化了竹蜻蜓桨叶的长度和安装角度。优化目标分别取为最长滞空时间和最大飞行高度，这两种目标所得到的桨叶安装角差别很大，而桨叶长度差别很小。因此桨叶的安装角需要根据不同的目的来选取，而桨叶的设计值基本可以预先确定。

关键词：竹蜻蜓 平板绕流 飞行动力学 桨叶优化

中图分类号：TK42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0103-03

直升机在20世纪前中期相继问世，由于这类飞行器低空低速性能好、稳定性强、垂直起降，被广泛运用在军用、民用等各个领域，比如：武装直升机、救援直升机、微小型无人机等。现代直升机的原始模型可以追溯到达芬奇的直升机草图和中国古代的竹蜻蜓。中国的竹蜻蜓是一种具有悠久历史的民间玩具，一直流传至今[1]。竹蜻蜓是一种最简单的无持续动力的滑翔旋翼机，与直升机相似，但是结构简单，仅仅包含叶片和主轴。直升机的机身相当于竹蜻蜓的主轴，直升机的桨叶相当于竹蜻蜓的叶片[2]。竹蜻蜓是直升机的高度抽象版本，对竹蜻蜓的研究能为直升机飞行性问题提供指导。该文研究了竹蜻蜓的叶片升阻力近似解析表达式，建立了竹蜻蜓竖直飞行的动力学模型[3]，研究了竹蜻蜓的竖直飞行过程，并对竹蜻蜓的重要参数进行了优化。

1 理论分析