张 庆 叶正寅

∗(西安航空学院飞行器学院,西安 710077)

†(南洋理工大学机械与航空工程学院,新加坡 639798)

∗∗(西北工业大学航空学院,西安 710072)

引言

自20 世纪90 年代开始,微型飞行器(micro aerial vehicle,MAV)一直是新型飞行器设计领域内的前沿方向和研究热点[1-3].近十年来,随着微机电系统加工制造技术的进步以及消费级微型无人机的广泛需求,MAV 更是引起了航空领域内的极大关注.一般来说,MAV 的尺寸小于15 cm,起飞总重小于200 g,飞行速度约为10 m/s[4].因为它的尺寸小,质量小,所以可以更方便地去执行一些常规尺寸飞行器难以完成的特殊任务[4-6].但是,由于尺寸小,飞行速度低,MAV 的飞行雷诺数很低(101～103),由此带来了一系列的低雷诺数气动问题,这时常规飞行器(雷诺数在106以上)气动设计的原理和方法已经不再适用[4].比如,固定翼MAV 翼面的气流很容易发生分离,导致气动效率和操纵效率急剧下降,因而航程、航时以及飞行稳定性显著降低.研究表明,雷诺数在106～107时,光滑翼最大升阻比的量级是102～103,而雷诺数在104以下时,其最大升阻比的量级在100以下[4].此外,由于飞行速度较低,MAV 很容易受到环境中的阵风和大气湍流的影响,从而造成操纵特性和飞行稳定性的显著下降[7].

由于低雷诺数流动的特点,目前将客机或战斗机机翼气动构型直接缩比设计出来的MAV 的气动效率较低,当前MAV 的进一步发展和应用遇到了新的技术瓶颈[4-5].为了提高MAV 的气动性能和飞行稳定性,必须开展新型气动布局的研究,以探索更加适合未来MAV 的气……