本發(fā)明涉及無人機(jī)流動(dòng)失速控制，特別涉及一種仿生柔性鋸齒形覆羽及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、目前，固定翼無人機(jī)常采用大展弦比的平直機(jī)翼的氣動(dòng)布局。當(dāng)機(jī)翼的攻角過大，氣流會(huì)在機(jī)翼的上翼面發(fā)生流動(dòng)分離現(xiàn)象，造成機(jī)翼“失速”。機(jī)翼失速主要表現(xiàn)為升力驟降，阻力激增，并伴隨震動(dòng)與噪聲等現(xiàn)象，使飛機(jī)氣動(dòng)性能惡化，進(jìn)而影響飛行的穩(wěn)定性及安全性。

2、鳥類翅膀的覆羽結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)秀的流動(dòng)控制效果，同時(shí)抑制渦流噪聲。matloff等(2020)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)羽毛間是否緊固能夠有效影響鳥類飛行時(shí)的噪聲，吳康靈等(2023)通過數(shù)值模擬的方式發(fā)現(xiàn)鳥類飛行時(shí)，柔軟的羽毛能夠自適應(yīng)變形貼近翼面，使鳥類飛行時(shí)呈現(xiàn)流線型。

3、目前為改善飛行器的流動(dòng)失速和噪聲現(xiàn)象，主要方法有改變機(jī)翼的外形、安裝剛性旋渦發(fā)生器，設(shè)計(jì)柔性翼和柔性襟翼等，這些方法雖能對流動(dòng)失速和渦流噪聲現(xiàn)象起到一定的積極作用，但同時(shí)也存在一定的缺點(diǎn)，比如設(shè)計(jì)難度大、制作成本高、安裝不靈活和應(yīng)用范圍局限等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種仿生柔性鋸齒形覆羽及其制作方法。

2、本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

3、一種仿生柔性鋸齒形覆羽，采用柔性硅膠薄膜材料制成，為長條形結(jié)構(gòu)，在長邊的一側(cè)設(shè)有均布的鋸齒。

4、進(jìn)一步地，鋸齒為斜齒鋸齒。

5、進(jìn)一步地，鋸齒厚度為0.1～1.5mm。

6、進(jìn)一步地，單個(gè)鋸齒形狀為直角三角形。

7、進(jìn)一步地，鋸齒齒高與齒寬之比值為1.5～2.5。

8、進(jìn)一步地，每米鋸齒齒數(shù)為60～70。

9、本發(fā)明還提供了一種固定翼無人機(jī)，包括固定翼，還包括上述的仿生柔性鋸齒形覆羽，仿生柔性鋸齒形覆羽連接在固定翼上；其長邊垂直于固定翼的弦長。

10、進(jìn)一步地，仿生柔性鋸齒形覆羽沿固定翼的弦長方向均布。

11、進(jìn)一步地，仿生柔性鋸齒形覆羽連接在固定翼的上翼面和/或下翼面。

12、本發(fā)明還提供了一種上述的仿生柔性鋸齒形覆羽的制作方法，首先在整片柔性硅膠薄膜上畫出仿生柔性鋸齒形覆羽的外輪廓，依據(jù)外輪廓從柔性硅膠薄膜上裁切得到仿生柔性鋸齒形覆羽，且使仿生柔性鋸齒形覆羽的長度接近單側(cè)固定翼的展長。

13、本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：實(shí)驗(yàn)表明，仿生柔性鋸齒形覆羽在來流的作用下能夠產(chǎn)生隨風(fēng)自適應(yīng)振動(dòng)，當(dāng)仿生柔性鋸齒形覆羽安裝在機(jī)翼前緣20％弦長位置時(shí)受來流影響明顯，產(chǎn)生大幅度的拍動(dòng)，使機(jī)翼后方產(chǎn)生低頻大尺度相干結(jié)構(gòu)，當(dāng)仿生柔性鋸齒形覆羽安裝在機(jī)翼尾緣80％弦長位置時(shí)，受來流影響減小，仿生柔性鋸齒形覆羽上表面的作用力和下表面的作用力保持平衡，使仿生柔性鋸齒形覆羽呈現(xiàn)出在準(zhǔn)平衡位置微小振動(dòng)的狀態(tài)，能夠有效促進(jìn)低頻大尺度相干結(jié)構(gòu)向高頻小尺度相干結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，促進(jìn)高頻脈動(dòng)的產(chǎn)生，對流動(dòng)失速現(xiàn)象產(chǎn)生積極的控制效果。在噪聲實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)來流在25～50m/s風(fēng)速下，采用雙片仿生柔性鋸齒形覆羽安裝在機(jī)翼上翼面時(shí)能夠有效降低渦流噪聲現(xiàn)象，其中仿生柔性鋸齒形覆羽同時(shí)安裝在40％和60％弦長位置，風(fēng)速為30m/s和35m/s時(shí)，相對于沒有安裝仿生柔性鋸齒形覆羽的機(jī)翼分別能夠降低4.19和2.84個(gè)聲壓級。

14、1、整個(gè)產(chǎn)品為一體結(jié)構(gòu)，采用柔性硅膠薄膜材料制成，且根據(jù)機(jī)翼的大小，能夠自由改變仿生柔性鋸齒形覆羽的大小，便于產(chǎn)品的系列化應(yīng)用。

15、2、柔軟的柔性硅膠薄膜能夠在來流的作用下很好地維持自我平衡的狀態(tài)，仿生柔性鋸齒形覆羽的剛度改變會(huì)影響其在工作過程中的振動(dòng)效果，進(jìn)而影響對流動(dòng)失速和渦流噪聲的控制效果。

16、3、仿生柔性鋸齒形覆羽的鋸齒形設(shè)計(jì)來源于鳥類的覆羽結(jié)構(gòu)，柔軟的鋸齒形能夠與鳥類羽毛對氣流的“梳理”作用效果類似，有效地對翼面流動(dòng)進(jìn)行“梳理”控制，抑制流動(dòng)分離，降低氣動(dòng)噪聲。

17、4、柔軟的仿生柔性鋸齒形覆羽能夠在來流的作用下自由振動(dòng)，相當(dāng)于鉸接在機(jī)翼上翼面，降低安裝難度，實(shí)現(xiàn)快速安裝。

18、綜合來看，當(dāng)仿生柔性鋸齒形覆羽在來流的作用下自適應(yīng)振動(dòng)時(shí)，能夠有效控制流動(dòng)失速和渦流噪聲現(xiàn)象，且靈活柔軟的柔性硅膠材質(zhì)不僅降低了制作成本，同時(shí)也降低了安裝工藝的難度。

技術(shù)特征：

1.一種仿生柔性鋸齒形覆羽，其特征在于，采用柔性硅膠薄膜材料制成，為長條形結(jié)構(gòu)，在長邊的一側(cè)設(shè)有均布的鋸齒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生柔性鋸齒形覆羽，其特征在于，鋸齒為斜齒鋸齒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生柔性鋸齒形覆羽，其特征在于，鋸齒厚度為0.1～1.5mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生柔性鋸齒形覆羽，其特征在于，單個(gè)鋸齒形狀為直角三角形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生柔性鋸齒形覆羽，其特征在于，鋸齒齒高與齒寬之比值為1.5～2.5。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生柔性鋸齒形覆羽，其特征在于，每米鋸齒齒數(shù)為60～70。

7.一種固定翼無人機(jī)，包括固定翼，其特征在于，還包括權(quán)利要求1至6任一所述的仿生柔性鋸齒形覆羽，仿生柔性鋸齒形覆羽連接在固定翼上；其長邊垂直于固定翼的弦長。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固定翼無人機(jī)，其特征在于，仿生柔性鋸齒形覆羽沿固定翼的弦長方向均布。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固定翼無人機(jī)，其特征在于，仿生柔性鋸齒形覆羽連接在固定翼的上翼面和/或下翼面。

10.一種權(quán)利要求1至6任一所述的仿生柔性鋸齒形覆羽的制作方法，其特征在于，首先在整片柔性硅膠薄膜上畫出仿生柔性鋸齒形覆羽的外輪廓，依據(jù)外輪廓從柔性硅膠薄膜上裁切得到仿生柔性鋸齒形覆羽，且使仿生柔性鋸齒形覆羽的長度接近單側(cè)固定翼的展長。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種仿生柔性鋸齒形覆羽，采用柔性硅膠薄膜材料制成，為長條形結(jié)構(gòu)，在長邊的一側(cè)設(shè)有均布的鋸齒。本發(fā)明還提供了一種固定翼無人機(jī)，包括固定翼，還包括上述的仿生柔性鋸齒形覆羽，仿生柔性鋸齒形覆羽安裝方式為鉸接在固定翼上；其長邊垂直于固定翼的弦長。本發(fā)明能夠在來流的作用下自適應(yīng)振動(dòng)，能夠有效控制流動(dòng)失速和渦流噪聲現(xiàn)象，且靈活柔軟的柔性硅膠材質(zhì)不僅降低了制作成本，同時(shí)也降低了安裝工藝的難度。

技術(shù)研發(fā)人員：馬興宇,姜楠,劉一宏,潘家騰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30