刘旭博，王芬芬，于纪言

(1.中国飞行试验研究院，西安 710089; 2.南京理工大学，南京 210094)

扑翼飞行器同时具有隐蔽性与机动性两种特征，符合现代战争隐蔽侦察与精确打击的概念，具有良好的军事用途前景[1]，因此以美国为首的多个国家[2]，近二十几年来掀起了一股扑翼飞行器研究的浪潮[3]。随着计算机技术的发展，研究扑翼飞行器的方法也愈来愈多。本文在前人对鸟类扑翼结构研究的基础上[4]，使用计算流体力学方法，建立三维鸽状刚性翅与柔性翅翼展模型，着重通过对比不同翼展的气动力参数，给出柔性翅扑动过程中的气动特性。

1 扑翼模型与扑动函数

1.1 扑动简介

自然界鸟类与昆虫的扑动方式各异，产生的影响也各不相同，但经过分解，扑动过程的运动形式主要有以下4种：① 翅翼绕着翅根的上下扑动; ② 翅面的俯仰或翅翼展向的扭转; ③ 翅翼的前后向运动； ④ 翅膀沿展向弯曲折叠。其运动形式如图1所示。

图1 扑翼运动的4种运动形式示意图

而鸟类的扑翼运动主要由翅翼的上下扑动与翅面的俯仰运动组成，因此本文也以这两种运动的特征作为数值计算的输入条件。

1.2 刚性翅模型

刚性翅模型的建立主要参照鸽子的翅翼形状及其特点，典型鸽子的飞行参数与翅翼特征在表1中列出。

表1 翅翼的特征参数

根据典型鸽子翅翼特征参数与具体鸽子的翅翼形状，进行翅翼建模，模型如图2所示。

图2 鸽翼与刚性翅模型

根据鸽翅的生物学构造，鸽翅的前缘部分主要由肱骨支撑，量得肱骨直径约为0.01 m。……