仿生撲翼飛行器原理(雜項)

1、仿生撲翼飛行器原理一. 撲翼飛行器簡介撲翼飛行器是區(qū)別于固定翼飛行器、旋轉(zhuǎn)翼飛行器的另一類飛 行器，其飛行原理直接來自自然界的鳥類和昆蟲的飛行方式。 與固定 翼和旋轉(zhuǎn)翼相比有明顯的優(yōu)勢。 與固定翼飛行器相比， 它可同時將舉 升、懸停、推進(jìn)等功能集中在一個撲翼系統(tǒng)中。 與旋轉(zhuǎn)翼飛行器相比， 它的能量利用率更高，即可推進(jìn)飛行，也可滑翔飛行，而且更靈活。二. 飛行器的飛行原理 傳統(tǒng)飛行器大致可分為三類： 一類是根據(jù)牛頓第二定律， 即作用力與 反作用力定律，獲得空氣的反作用力進(jìn)行飛行的，包括各類固定、旋 轉(zhuǎn)、撲翼飛行器。 第二類是阿基米德原理， 獲取空氣的浮力進(jìn)行飛行， 如各類飛艇， 熱氣球。第三類是

2、根據(jù)動量守恒定理飛行的， 如，火箭， 宇宙飛船的飛行等。由上可知撲翼飛行器的動力來源是空氣對飛行器的反作用力。 從簡單 飛艇入手，飛行器的上升原因是因為空氣對其豎直向上的推力大于其 自身的重力。 要獲得前進(jìn)方向的運(yùn)動必須還得有一個水平的推力， 這 樣飛行器才能完成基本的飛行。 比如固定翼飛行器， 一般由引擎提供 水平的推力，機(jī)翼在高速氣流的作用下產(chǎn)生升力，再如直升飛機(jī)，由 引擎提供升力，螺旋槳與水平面的夾角產(chǎn)生的分力作為推力。綜上所述，撲翼飛行器必須能同時獲得空氣對其在水平和豎直方 向上的足夠的反作用力，即升力和推力，才能完成簡單飛行。三. 對鳥類飛行的分析鴿rtm解說岡盡管人類對飛行器的研究

3、 有了輝煌的成就，但是鳥 類仍是地球上最棒的飛 行器。這里以鴿子作為研 究對象。鴿子可以在前進(jìn) 方向上以任何角度飛行， 還可以從容的變化飛行姿 勢，隨時轉(zhuǎn)彎，隨意的起 飛降落，同時飛行動作可以清楚的觀察 鴿子的飛行主要歸功于它靈活有力的翅膀和尾翼。 下面我們將試著簡 單的說明一下鴿子的飛行原理。根據(jù)前面的飛行原理，鴿子的翅膀必 須能產(chǎn)生豎直向上的升力和水平的推力（這兩個力不一定是嚴(yán)格的水 平和豎直）。升力的產(chǎn)生：在這里我們先假設(shè)空氣是靜止的。鴿子的翅膀可以圍繞身體作一定角度的擺動，向下擺動時翅膀展開，向上擺動時翅膀折 疊成到形，而且往返擺動的時間不相等（這個有待驗證） 。由于翅膀 上下擺動時受

4、力面積不同，從而導(dǎo)致翅膀上下擺動時的受力大小不 同，向下擺動時空氣對翅膀的反作用力（豎直向上）大于向上擺動時 空氣對翅膀的反作用力（豎直向下），當(dāng) > 時，產(chǎn)生向上的升力連續(xù)的飛行動作是一個循環(huán)的過程，循環(huán)單元就是翅膀做一次 上下擺動，向上擺動記作，向下擺動記作。 在時，產(chǎn)生向上的速度，在時，和會產(chǎn)生向下加速度，使減小， 鴿子減速上升直到速度為零， 再下降， 如果在沒有降到初始位置前下 一個循環(huán)開始，那么鴿子就可以在宏觀上產(chǎn)生豎直向上的運(yùn)動。.推力的產(chǎn)生： 水平推力是由氣流方向?qū)Τ岚蚍醋饔昧Φ乃椒至刻峁┑摹?若以 向右為飛行前進(jìn)方向， 則當(dāng)翅膀下擺時， 翅膀截面與水平面呈一個銳 角，翅

5、膀上擺時， 翅膀截面與水平面呈一個鈍角，兩種情況對應(yīng)的空 氣反作用力方向相反， 但都會產(chǎn)生一個與前進(jìn)方向相同的推力， 鴿子 在水平方向前進(jìn)。鴿子的翅膀由骨架、肌肉、皮膚和羽毛組成。骨架較硬，肌肉羽 毛相對有彈性。 這是由于肌肉羽毛的彈性， 使翅膀在擺動的時候翅膀 的后沿一只跟隨著前沿運(yùn)動并一直滯后于前沿， 因此翅膀截面會在翅 膀上下擺動時與水平面的夾角產(chǎn)生近似互為余角的變化。.轉(zhuǎn)向原理： 鴿子的轉(zhuǎn)向種類很復(fù)雜，根據(jù)日常生活的觀察，有大半徑轉(zhuǎn)向、 小半徑轉(zhuǎn)向、在滑翔中轉(zhuǎn)向，在飛行中轉(zhuǎn)向。這些轉(zhuǎn)向都依靠翅膀的 不對稱擺動、 尾翼轉(zhuǎn)動和展合以及軀干扭動的相互配合而實現(xiàn)的， 鴿 子具體是如何通過控制這些器官來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向， 這個過程復(fù)雜我們也無 法解釋，但可以抓住主要因素，從原理上簡單的進(jìn)行分析。我認(rèn)為鴿子的轉(zhuǎn)向主要依靠翅膀的不對稱擺動實現(xiàn)。 按性質(zhì)可分 為動力轉(zhuǎn)向和阻力轉(zhuǎn)向1. 動力轉(zhuǎn)向：翅膀的不對稱擺動可以為飛行提供不對稱的動力和 阻力，假設(shè)鴿子在水平面飛行，空氣相對靜止，如果兩側(cè) 翅膀提供的推力不同，就會使兩側(cè)翅膀上產(chǎn)生的速度不 同，從原理上說翅膀提供了一個與鴿子前進(jìn)方向有一定夾 角的力，我們知道如果物體受力的方向與運(yùn)動的方向不共 線，