• 模仿動物飛行,航天器飛行阻力減小20%

    發布時間 : 2018-03-23     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

      航天器在飛行過程中,會遇到空氣阻力,如果能像鳥類和昆蟲一樣,在不同的環境下不斷變換身姿,使自己飛得更從容、自在就好了。這一直是困擾著國際航天航空領域的難點與重點問題。
      自然界的一些生物結構給了設計師們靈感,他們開始將動物身體變形原理用于航天器設計,使其飛得更輕松、更遙遠。
      某些生物,如昆蟲、鳥類以及少數能夠飛行的哺乳動物,能夠通過實時調整自身結構,變化身體姿態,從而飛得更輕松。隨著仿生理論技術的發展與完善,生物仿生機構為變體飛行器變結構設計提供了新的思路,現已成為國際變結構飛行器研究領域的熱點方向。如美國Florida大學的Lind課題組從海鷗翅膀獲得等效仿生機構, 利用伺服電機研制出兩自由度小型變體飛行器。

     

     
    △仿海鷗變體飛行器概念圖


    △仿海鷗變體飛行器原理樣機

      近年來,國內航空航天類院校也在變體飛行器方面開展了很多研究,有的高校開展了“可變彎尾飛行器的機動飛行問題,指出可變彎尾飛行器具有氣動控制獨特、機動范圍可調等特點, 是高超聲速飛行器實現機動飛行的有效途徑。”
      蜜蜂是典型的具有飛行功能的腹部變體結構昆蟲,其腹部由具有明顯的分節構造的腹節組成,每一節腹節的上側為腹板,下側為背板,腹板邊緣內包于背板兩側,相鄰的兩個腹節以節間膜相連,這種結構使其腹部能夠收縮及伸長,從而控制飛行方向。這種可變形構型為設計師們進行空天飛行器頭錐變形設計提供了重要參考。

     
    △ 蜜蜂腹部分節構造

      
    △蜜蜂腹部彎曲變形


    △航天器變頭錐表面和對稱面壓力分布云圖

      目前,中國運載火箭技術研究院研發中心的設計師們正在開展基于昆蟲腹部分節結構的仿生可變形航天器設計工作。
      該項目人員介紹,航天器借鑒蜜蜂腹部結構主要是為了減小飛行過程中的阻力,使其飛得更遠更輕松,“通過仿真,我們發現,在可承受的載荷前提下,通過模仿蜜蜂腹部分節結構設計而成的變錐頭航天器可使錐頭部分氣動阻力降低20%以上,這對有效增大航天器的航程有十分重要的意義。”

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