同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,(空中滑翔的“机器飞鱼”?)

最近,同济大学航空与力学学院学生团队设计、制作的“仿飞鱼电动飞机”获得全国高校航空航天类专业本科毕业设计成果一等奖。这款无人机模仿飞鱼的生理结构,气动性能优良,在佘山附近的玄风航空飞行基地成功试飞。指导老师沈海军教授表示:“这项工作展示了仿生飞行学的神奇魅力,对于新型飞行器的设计也有一定价值。”

同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,抗失速能力优越

团队学生与试飞员合影。

据介绍,很多会飞的生物拥有许多优良的特性,如高效的气动外形、精巧的内部结构、独特的环境感知系统,这些特性对于人类设计飞行器有相当大的参考价值。同济大学本科生汪成、严晴晴、曹日兴、邹施睿、余翼等人在沈海军教授的指导下,选择飞鱼作为飞行器设计的仿生对象。据介绍,飞鱼拥有很长的胸鳍,一直延伸到尾部,像鸟的翅膀一样。它能跃出水面十几米,并在空中停留40多秒,在海面上滑翔的最远距离可达400多米。

同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,抗失速能力优越

飞鱼(来源:百度百科)

能否师法自然,打造出一款能在空中滑翔的“机器飞鱼”?为了获得飞鱼的气动外形,同济大学课题组特地前往海南,买了4条鲜活的飞鱼。他们先将鱼的胸鳍和腹鳍用牙签固定,再放入冰箱冷冻室一段时间,撤去牙签后,飞鱼的形态就固定了下来。

同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,抗失速能力优越

待扫描的冷冻飞鱼

课题组对飞鱼进行了测量和三维扫描,获得了翼展、身长等几何参数以及原始模型的点云数据,再利用Imageware软件,构建出飞鱼模型的外形曲面。课题组进而利用逆向设计的方法,获得了飞鱼生物体的原始模型。在CATIA软件中,原始模型展现出特征曲线。课题组经过一系列技术处理,利用软件构建了新的曲面,并拼合成整体,得到飞鱼各部分的气动外形模型。

同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,抗失速能力优越

修正前和修正后的飞鱼曲面模型

“为了掌握飞鱼飞机的气动性能,同学们利用计算流体力学软件,在大型工作站上对飞鱼进行了理论模拟与分析。”沈海军说。经过数月的计算和数据整理,他们最终获得了飞鱼飞机的表面压力、流场、压力场,以及升力、阻力、升阻比和稳定性曲线等一系列气动性能数据。

计算数据显示,飞鱼飞机气动性能优良,其机翼和机身上表面流速较快,可形成低压区,为飞鱼提供充裕的升力。主机翼(胸鳍)和平尾(腹鳍)之间气流的干涉,使飞鱼获得额外的升力,这就是飞鱼能长时间滑翔的秘密。

仿真结果还显示,飞鱼的失速迎角高达30度,超出了很多现代飞机的失速迎角,表现出非常出色的抗失速能力。它的最大升阻比为25,远超出绝大多数现代飞机,气动效率非常高。

同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,抗失速能力优越

在深入研究的基础上,课题组设计了飞鱼飞机的结构。机身设置14个隔框,分为前机身和后机身两个部分。飞鱼的胸鳍被设计成主机翼,用于提供飞机的升力;左右机翼各包含9个翼肋,尾缘设计有副翼,用来控制飞机的横滚运动;在前机身左右两侧,机翼通过碳纤维管对接。机头预留了电机安装支架,供安装大马力电机和螺旋桨之用;后机身上方的背鳍和末端的尾鳍,分别充当飞机的垂直安定面和全动方向舵,用于保证航向稳定性和航向运动;前下方设置有臀鳍,作为飞机水平安定面,维持飞机的俯仰稳定。整架飞机由100多个部件组成,每个部件都做了减轻孔设计,以控制总重量。

同济大学师生模仿飞鱼,研制出新型无人机,抗失速能力优越

仿飞鱼电动飞机试飞成功。

完成制作的飞鱼飞机翼展1.5米,身长1.8米,后三点起落架布局,装有双叶高效率螺旋桨,由一台大功率电机和6S锂电池提供动力。启动、滑跑、加速……近日在试飞现场,这架凝结着同济师生心血的飞机一跃而起,在空中顺利巡航了两圈,随后平稳缓慢地降落。在短暂的试飞过程中,飞机完成了横侧和掉头,表现得十分灵活和稳定。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至2161241530@qq.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。如若转载,请注明出处:https://www.woiwrj.com/uncategorized/34175/

发表评论

登录后才能评论