同济大学师生模拟飞鱼,研制出新型无人机,抗失速才能优越
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  • ianchen888
  • 2021-06-22 15:41:17 11

最近,同济大学航空与力学学院的科研团队设计并制造了一款名为“仿飞鱼电动飞机”的无人机,该作品在一次全国高校航空航天类专业的本科毕业设计成果评选中荣获一等奖。这款无人机模仿了飞鱼的生理结构,具有优异的空气动力性能,并在佘山附近的玄风航空飞行基地成功进行了试飞。指导老师沈海军教授表示:“这项工作展示了仿生飞行学的魅力,对于新型飞行器的设计也具有一定的参考价值。”

研究团队选择了飞鱼作为仿生设计的对象。飞鱼拥有长长的胸鳍,形似鸟的翅膀,能够跃出水面数十米并在空中滑翔长达四十多秒,滑翔距离可达四百多米。

为了精确获取飞鱼的气动外形,团队成员特意前往海南购买了几条活飞鱼,并采用特定方法将其形态固定下来。他们利用测量和三维扫描技术获得了飞鱼的几何参数和点云数据,然后借助Imageware软件创建了飞鱼的三维模型。接下来,他们运用逆向工程技术构建了飞鱼的原始模型,并在CATIA软件中进一步优化,得到了飞鱼的气动外形模型。

通过计算流体力学软件的模拟分析,研究团队掌握了飞鱼飞机的气动性能。结果显示,飞鱼飞机的机翼和机身的上表面流速较快,形成了低压区,提供了充足的升力。此外,主机翼(即胸鳍)和平尾(即腹鳍)之间的气流干扰增加了额外的升力,使飞鱼能够长时间滑翔。

模拟结果还表明,飞鱼飞机的失速迎角达到30度,超过了大多数现代飞机,表现出极强的抗失速能力。其最大升阻比为25,远高于大多数现代飞机,显示出极高的气动效率。

在深入了解飞鱼的特性后,研究团队设计了飞机的结构。机身由14个隔框组成,分为前后两部分。飞鱼的胸鳍被设计成主机翼,用于提供升力;左右机翼各有9个翼肋,尾缘设有副翼,用于控制横滚运动;前机身两侧通过碳纤维管连接机翼;机头预留了电机安装支架,用于安装大功率电机和螺旋桨;后机身顶部设有背鳍和尾鳍,作为垂直安定面和全动方向舵,确保航向稳定;前下方设置了臀鳍,作为水平安定面,维持俯仰稳定。整架飞机由100多个部件组成,每个部件都经过了减重设计,以控制总重量。

最终制成的仿飞鱼电动飞机翼展1.5米,身长1.8米,采用了三点式起落架设计,配备了双叶高效螺旋桨,由大功率电机和6S锂电池提供动力。在试飞中,飞机顺利起飞、巡航、转向,并平稳降落,表现出了良好的操控性和稳定性。

    本文来源:图灵汇
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