杨万礼， 余春锦， 王 芳， 刘 勇

（南昌航空大学 飞行器工程学院，南昌 330063）

引 言

十多年来，受昆虫和鸟类等生物飞行器的启发，扑翼无人机（UAV）适用于在建筑物或短距离等有限空间执行任务。鸟类和昆虫扑动翅膀的实际情况非常复杂。研究人员发现了以前未知的扑翼飞行的非定常气动机制，这些机制包括Weis-Fogh机制[1]、前缘涡[2]、旋转升力[3]和机翼相互作用[4]机制，这些机制有助于解释非定常力的基本原理。

Jones[5]、Heathcote[6]、Stewart[7]等研究了扑翼无人机的俯仰和摆动运动。这些运动常被认为是二维的，并被广泛应用于鱼类的运动、生物瓣膜运动、流体颗粒输送和纤维摆动等领域。由于作俯仰和扑动运动的无人机流场结构复杂，流体动力学的数值模拟需要考虑前缘和尾缘的旋涡脱落。在以往的研究中，计算流体动力学（CFD）方法已经被用于研究非定常力和流动[8-10]。然而，考虑到扑翼无人机复杂的流动结构，CFD方法往往需要较长的计算时间。另一方面，基于势流的分析方法可以为流动现象提供简单而有效的解决方案。为研究俯仰和扑动，Smith等[11]使用非定常面元法来模拟一个拴着的鹰蛾的翅膀的扑动，Shahzad等[12]采用了非定常涡格法（UVLM）研究了流固耦合柔性扑翼系统的运动，并发现UVLM适用于计算扑翼的非定常气动力。

近年来，数值模拟研究不同参数对推力性能的影响越来越有吸引力。某些参数对推力性能影响较大，如几何参数[13]、流动参数[14-15]和运动参数[16-18]等。目前主要是对昆虫、鸟类和扑翼无人机的空气动力学的研究，关于推力各部分（如机翼涡和尾涡）贡献的文献却很少。……