为了研究扑翼运动模式对气动性能的影响,基于CFD软件建立了一种多自由度扑翼气动性能计算模型。首先,结合翅翼的仿生外形建立了三维仿生扑翼模型,通过编写用户自定义函数(UDF)定义了翅翼的多自由度扑翼气动函数,在此基础上,运用CFD软件对不同自由度运动模式下翅翼的升力和推力系数进行计算;最后,结合翅翼表面的压力云图和涡结构变化揭示了运动模式对三维扑翼的气动力影响特征。结果表明在扑翼迎风水平前飞时,扭转运动加快了翅翼尾缘涡的脱落进程,增强了尾缘涡的的强度,使扑翼的升力在数值上提升了0.25倍,推力系数则提升了4.69倍;水平挥摆运动会进一步增大尾缘涡的强度和形状,显著提高了扑翼的推力性能,并且当水平运动频率调控参数k=2时,扑翼的升力和推力性能会得到进一步提高。

翅翼是扑翼飞行器结构的重要组成部分,通过对柔性翅翼的模拟仿真,来研究其气动性能。参照典型鸽子的结构参数,构建柔性翅翼模型,应用流固耦合技术,借助WORKBENCH软件,计算了在两个自由度的运动下,刚性翅翼与柔性翅翼的升力和阻力变化情况,以及在不同频率下,柔性翅翼的气动性能。研究结果表明在来流速度为11m/s,扑动角度为45°,扭转角度为10°时,柔性翅翼升力系数的峰值明显大于刚性翅翼的峰值,且能够产生较大的推力;在不同频率下,10Hz时柔性翅翼产生最大升阻比。该结果可以为提高扑翼飞行器飞行性能提供参考。