食蚜蝇悬停飞行的动稳定性和控制的研究
本文推导了昆虫(身体和拍动翅)的运动方程;然后基于”刚体近似”的思想将运动方程简化为刚体(即刚性飞机)的运动方程.用简化的运动方程及线化理论研究了食蚜蝇悬停飞行纵向动稳定性及控制问题(用CFD方法计算气动和控制导数,用特征模态分析方法求解运动方程);基于完全的运动方程对”刚体近似”的简化假设进行了检验;导出了特征值的近似解析表达式;探讨了悬停飞行的可控性及增稳问题.有以下主要结果:(1)食蚜蝇悬停飞行的纵向扰动运动的特征时间远大于翅膀的拍动周期(约为其40倍),且简化假设中所忽略的量是高阶小量,故”刚体近似”模型是合理的.(2)食蚜蝇悬停飞行的纵向扰动运动由三个特征模态构成:不稳定振荡模态,快衰减模态和慢衰减模态.特征值的近似解析表达式表明:水平方向的运动产生的俯仰力矩(即力矩对水平速度的力矩导数)是产生不稳定振荡的物理原因.(3)可控性分析表明:不稳定振荡模态和慢衰减模态是可控的;可通过不断调整翅膀拍动角及翅膀的几何攻角来进行控制(这表明:悬停飞行虽然因为不稳定模态的存在而是”固有”动不稳定的,但却是可控的,即加控制后是稳定的.这可以解释为何食蚜蝇既能十分稳定地悬停,同时机动性又很好的原因:稳定性不是固有的,当需要作高机动飞行时,关闭”控制装置”,使自己变为不稳定而易于机动的).
食蚜蝇科 悬停飞行控制 扰动运动 振荡模态 俯仰力矩
孙茂 王济康
北京航空航天大学,流体所,北京,100083
国内会议
湖南大庸
中文
278-286
2006-11-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）