基于实时变形测量的微型柔性扑翼气动机理研究

Micro flexible flapping wing has attracted much interest because of its excellent aerodynamic properties. However, its fluid-structure coupling mechanism is an unveiled problem, which restricts its potential applications..In this study, we are going to investigate the precise correspondence between flexible structural deformation and aerodynamic forces of micro flapping wings. High-speed imaging technique combined with Digital Image Correlation (DIC) and high-precision six-component dynamic strain balance are employed to obtain the detailed description of deformation effect on aerodynamics. On the basis of precise experiments, deforming process will be simulated by CFD, and the Navier-Stokes equations are used for the low Re number viscous flow over the micro flapping wing. And the flow detail over micro flapping wing will be obtained to describe the quantitative correspondence between the distribution of deformation and aerodynamic performance. .This study aims at developing new experimental methods with highly temporal and spatial resolutions, which can be used to measure and analyze directly the characteristic parameters of flexible flapping wing, such as the deformation and aerodynamic forces. This project has great significance to understand and advance the mechanism of micro flexible flapping wing.

微型柔性扑翼具有诸多空气动力学优势，然而扑动过程中其柔性结构变形与非定常气动力的耦合影响机理尚不明了，是制约微型扑翼飞行器发展的一个瓶颈难题，柔性扑翼气动机理研究成为目前国际上的一个研究热点。本项目首先从实验角度出发，利用高速、高分辨率摄像技术与图像相关分析技术（DIC）结合高精度、微量程、六分量动态应变天平，获得扑动过程中柔性扑翼结构变形与所产生气动力的精细时间对应关系。在此基础上，利用获得的柔性扑翼结构实时变形数据对扑翼流动进行NS方程数值模拟，得到柔性扑翼表面与空间全场的流动细节，分析结构变形与气动特性的对应关系，总结柔性扑翼升力和推力的共性分布律。本项目旨在发展一种具有较高时间精确性和空间完备性的研究方法，实现柔性扑翼瞬时变形与气动力在时间和空间尺度的高精度测量与分析，揭示柔性扑翼结构变形对气动特性的影响机理。

微型柔性扑翼具有诸多空气动力学优势，然而扑动过程中其柔性结构变形与非定常气动力的耦合影响机理尚不明了，是制约微型扑翼飞行器发展的一个瓶颈难题，柔性扑翼气动机理研究成为目前国际上的一个研究热点。本项目首先从实验角度出发，利用高速、高分辨率摄像技术与图像相关分析技术结合高精度、微量程、六分量动态应变天平，获得了扑动过程中柔性扑翼结构变形与所产生气动力的精细时间对应关系。在此基础上，利用获得的柔性扑翼结构实时变形数据对扑翼流动进行NS方程数值模拟，得到了柔性扑翼表面与空间全场的流动细节，分析了结构变形与气动特性的对应关系，总结了柔性扑翼升力和推力的共性分布律。本项目发展了一种具有较高时间精确性和空间完备性的研究方法，实现了柔性扑翼瞬时变形与气动力在时间和空间尺度的高精度测量与分析，揭示柔性扑翼结构变形对气动特性的影响机理。本项目发表的研究成果包括期刊论文6篇，其中SCI索引论文2篇；行业知名国际会议论文5篇，均为EI索引；获得授权发明专利4项。