模仿动物飞行,航天器飞行阻力减小20%

发布时间 : 2018-03-23     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  航天器在飞行过程中,会遇到空气阻力,如果能像鸟类和昆虫一样,在不同的环境下不断变换身姿,使自己飞得更从容、自在就好了。这一直是困扰着国际航天航空领域的难点与重点问题。
  自然界的一些生物结构给了设计师们灵感,他们开始将动物身体变形原理用于航天器设计,使其飞得更轻松、更遥远。
  某些生物,如昆虫、鸟类以及少数能够飞行的哺乳动物,能够通过实时调整自身结构,变化身体姿态,从而飞得更轻松。随着仿生理论技术的发展与完善,生物仿生机构为变体飞行器变结构设计提供了新的思路,现已成为国际变结构飞行器研究领域的热点方向。如美国Florida大学的Lind课题组从海鸥翅膀获得等效仿生机构, 利用伺服电机研制出两自由度小型变体飞行器。

 

 
△仿海鸥变体飞行器概念图


△仿海鸥变体飞行器原理样机

  近年来,国内航空航天类院校也在变体飞行器方面开展了很多研究,有的高校开展了“可变弯尾飞行器的机动飞行问题,指出可变弯尾飞行器具有气动控制独特、机动范围可调等特点, 是高超声速飞行器实现机动飞行的有效途径。”
  蜜蜂是典型的具有飞行功能的腹部变体结构昆虫,其腹部由具有明显的分节构造的腹节组成,每一节腹节的上侧为腹板,下侧为背板,腹板边缘内包于背板两侧,相邻的两个腹节以节间膜相连,这种结构使其腹部能够收缩及伸长,从而控制飞行方向。这种可变形构型为设计师们进行空天飞行器头锥变形设计提供了重要参考。

 
△ 蜜蜂腹部分节构造

  
△蜜蜂腹部弯曲变形


△航天器变头锥表面和对称面压力分布云图

  目前,中国运载火箭技术研究院研发中心的设计师们正在开展基于昆虫腹部分节结构的仿生可变形航天器设计工作。
  该项目人员介绍,航天器借鉴蜜蜂腹部结构主要是为了减小飞行过程中的阻力,使其飞得更远更轻松,“通过仿真,我们发现,在可承受的载荷前提下,通过模仿蜜蜂腹部分节结构设计而成的变锥头航天器可使锥头部分气动阻力降低20%以上,这对有效增大航天器的航程有十分重要的意义。”

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