仿生撲翼飛行器原理(雜項(xiàng))

1、仿生撲翼飛行器原理一. 撲翼飛行器簡(jiǎn)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(shì)。 與固定翼飛行器相比， 它可同時(shí)將舉 升、懸停、推進(jìn)等功能集中在一個(gè)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(dòng)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(dòng)力來源是空氣對(duì)飛行器的反作用力。 從簡(jiǎn)單 飛艇入手，飛行器的上升原因是因?yàn)榭諝鈱?duì)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(dòng)必須還得有一個(gè)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(shí)獲得空氣對(duì)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(jiǎn)單飛行。三. 對(duì)鳥類飛行的分析鴿rtm解說岡盡管人類對(duì)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(duì)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(shì)，隨時(shí)轉(zhuǎn)彎，隨意的起 飛降落，同時(shí)飛行動(dòng)作可以清楚的觀察 鴿子的飛行主要?dú)w功于它靈活有力的翅膀和尾翼。 下面我們將試著簡(jiǎn) 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(gè)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(dòng)，向下擺動(dòng)時(shí)翅膀展開，向上擺動(dòng)時(shí)翅膀折 疊成到形，而且往返擺動(dòng)的時(shí)間不相等（這個(gè)有待驗(yàn)證） 。由于翅膀 上下擺動(dòng)時(shí)受

4、力面積不同，從而導(dǎo)致翅膀上下擺動(dòng)時(shí)的受力大小不 同，向下擺動(dòng)時(shí)空氣對(duì)翅膀的反作用力（豎直向上）大于向上擺動(dòng)時(shí) 空氣對(duì)翅膀的反作用力（豎直向下），當(dāng) > 時(shí)，產(chǎn)生向上的升力連續(xù)的飛行動(dòng)作是一個(gè)循環(huán)的過程，循環(huán)單元就是翅膀做一次 上下擺動(dòng)，向上擺動(dòng)記作，向下擺動(dòng)記作。 在時(shí)，產(chǎn)生向上的速度，在時(shí)，和會(huì)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(gè)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(dòng)。.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(shí)， 翅膀截面與水平面呈一個(gè)銳 角，翅

5、膀上擺時(shí)， 翅膀截面與水平面呈一個(gè)鈍角，兩種情況對(duì)應(yīng)的空 氣反作用力方向相反， 但都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(duì)有彈性。 這是由于肌肉羽毛的彈性， 使翅膀在擺動(dòng)的時(shí)候翅膀 的后沿一只跟隨著前沿運(yùn)動(dòng)并一直滯后于前沿， 因此翅膀截面會(huì)在翅 膀上下擺動(dòng)時(shí)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(duì)稱擺動(dòng)、 尾翼轉(zhuǎn)動(dòng)和展合以及軀干扭動(dòng)的相互配合而實(shí)現(xiàn)的， 鴿 子具體是如何通過控制這些器官來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向， 這個(gè)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(jiǎn)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(duì)稱擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 按性質(zhì)可分 為動(dòng)力轉(zhuǎn)向和阻力轉(zhuǎn)向1. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向：翅膀的不對(duì)稱擺動(dòng)可以為飛行提供不對(duì)稱的動(dòng)力和 阻力，假設(shè)鴿子在水平面飛行，空氣相對(duì)靜止，如果兩側(cè) 翅膀提供的推力不同，就會(huì)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(gè)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(dòng)的方向不共 線，