CN219497220U - 一种三维蜻蜓后翼模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维蜻蜓后翼模型，包括三维蜻蜓后翼模型和三维蜻蜓后翼平板模型，三维蜻蜓后翼模型包括蜻蜓后翼二维平面模型和褶皱模型，蜻蜓后翼二维平面模型包括后翼模型，后翼模型包括翅脉和翅膜，翅脉可分为纵脉和横脉，并且纵脉和横脉交叉连接，翅脉之间的纵横交叉点为特征点，特征点连接形成翅脉曲线，翅脉曲线交叉形成翅膜面，在翅脉曲线的建立样本圆，以翅脉曲线为脊线拉伸样本圆，从而形成圆管状的翅脉曲面，翅膜面进行偏转，形成褶皱模型轮廓，褶皱模型由翅脉曲线和翅膜曲面的空间分布及褶皱模型轮廓构成，本实用新型的建立具有方法简单，成本低廉，可操作性强等优点。

Description

一种三维蜻蜓后翼模型

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种三维蜻蜓后翼模型。

背景技术

目前大多数的实验研究和数值分析中，学者们常将蜻蜓翅膀简化为一个仅具有翅膀外轮廓的平板模型，然而在对蜻蜓翅膀形态和结构的研究中发现蜻蜓翅膀结构复杂，看似一个二维平面结构，实际上是一个空间立体三维褶皱结构。国内对蜻蜓翼气动特性和力学性能的研究起步较晚，且大多情况下由于用于实验或仿真模拟的模型与真实情况下的蜻蜓翼相去甚远，导致最后的结果和结论具有一定的局限性。通过查阅资料可知，广泛应用于研究的蜻蜓翼模型有：二维蜻蜓翼平板模型，二维标准翼型，三维蜻蜓翼平板模型，三维蜻蜓翼褶皱模型等，并且考虑到模型的精确程度和蜻蜓在真实飞行状态下蜻蜓翼的柔性变形，最终得出的研究结果的局限性和误差性就特别凸显出来了，具体体现在人们对蜻蜓翼做了过多的简化。

蜻蜓翼横截面的形状沿展向呈褶皱状，整个横截面上的厚度也有细微差异，是蜻蜓翼上最为显著的结构，大量研究表明褶皱结构在蜻蜓飞行过程中不仅能降低蜻蜓翼的摩擦阻力，而且能增加翅膀的刚度。所以在进行仿真模拟中，褶皱结构的影响是不能忽略的，同时考虑翅脉和翅膜的影响才能真实反映蜻蜓翼的空气动力学性能和力学性能。因此为保证后续研究的准确性，就必须建立精确的蜻蜓翼三维模型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种三维蜻蜓后翼模型。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种三维蜻蜓后翼模型，包括利用建模软件CATIA绘制出三维蜻蜓后翼模型和作为对照组的三维蜻蜓后翼平板模型，所述三维蜻蜓后翼模型包括蜻蜓后翼二维平面模型和呈褶皱状的褶皱模型，所述蜻蜓后翼二维平面模型包括后翼模型，所述褶皱模型设置在所述后翼模型横截面的形状沿展向上，所述后翼模型包括翅脉和翅膜，所述翅脉可分为纵脉和横脉，并且所述纵脉和所述横脉交叉连接，所述翅脉在外轮廓处包括翅脉前缘、翅脉后缘、翅根和翅尖，所述纵脉沿着所述翅根到所述翅尖方向严格按照凸凹的次序排列且起伏的幅度逐渐减小，所述翅脉的管径从所述翅脉前缘到所述翅脉后缘的方向逐渐变小，所述翅脉之间的纵横交叉点为记录所述后翼模型的轮廓的特征点，所述特征点通过样条曲线沿着所述翅脉连接形成翅脉曲线，所述翅脉曲线交叉形成的封闭区域为翅膜面，在所述翅脉曲线的上设置有一个样本圆，以所述翅脉曲线为脊线拉伸所述样本圆，从而形成圆管状的翅脉曲面，依据翅脉曲线的对位于两个横截面之间的所述翅膜面进行偏转，形成褶皱模型轮廓，所述褶皱模型由所述翅脉曲线和所述翅膜曲面的空间分布及褶皱模型轮廓构成。

优选的，所述三维蜻蜓后翼平板模型与所述三维蜻蜓后翼模型具有相同外形以及相等的参考面积，且三维蜻蜓后翼平板模型的厚度与所述翅脉的外径尺寸一致。

优选的，所述平板模型包括平板翅根、平板前缘、平板翅尖和平板后缘，所述平板前缘和平板后缘采用光滑过渡。

优选的，忽略所述翅脉沿展向和弦向尺寸与形状的变化，所述样本圆的直径为为0.18mm。

优选的，所述翅膜面的形状为多边形。

本实用新型有益效果：

1.本实用新型建立数值模拟分析模型，以便利用数值计算的方法求解蜻蜓翅膀的气动特性，并且翅脉以及翅膜这种及其细微的结构也可以得到更加精准的模拟，本实用新型的建立具有方法简单，成本低廉，可操作性强等优点；并且本实用新型对三维蜻蜓后翼褶皱模型和三维蜻蜓后翼平板模型的建立过程可以为其他模拟计算的模块建立提供灵感。

2.本实用新型所建立的模型条件下可进行大量的仿真研究，为柔性机翼的设计与制造提供数据支持。为仿生微型扑翼飞行器的扑动方式及扑动机构设提供设计思路；研究蜻蜓翼的形态、空气动力学、结构、材料等多个因素的相互耦合协同作用,可为航空航天飞行器和仿生微型扑翼飞行器等的设计、研制和开发提供一定的技术参考。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型优选实施例整体结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例三维蜻蜓后翼模型左视图；

图3是本实用新型优选实施例三维蜻蜓后翼模型俯视图；

图4是本实用新型优选实施例三维蜻蜓后翼平板模型主视图；

图5是本实用新型优选实施例三维蜻蜓后翼平板模型左视图

图6是本实用新型优选实施例三维蜻蜓后翼平板模型俯视图。

附图标注：

1-翅根2-翅脉前缘3-翅脉4-翅尖5-翅膜6-翅脉后缘7-平板翅根8-平板翅尖9-平板前缘10-平板后缘。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1-图6，本实用新型的优选实施例，一种三维蜻蜓后翼模型，包括利用建模软件CATIA绘制出三维蜻蜓后翼模型和作为对照组的三维蜻蜓后翼平板模型，所述三维蜻蜓后翼模型包括蜻蜓后翼二维平面模型和呈褶皱状的褶皱模型，所述蜻蜓后翼二维平面模型包括后翼模型，所述褶皱模型设置在所述后翼模型横截面的形状沿展向上，所述后翼模型包括翅脉3和翅膜5，所述翅脉3可分为纵脉和横脉，并且所述纵脉和所述横脉交叉连接，翅膜5是蜻蜓翅膀的主要空气动力学结构，翅脉3是中空圆管结构，又可分为纵脉和横脉，并且纵脉和横脉交叉连接在膜中形成封闭的区域；所述翅脉3在外轮廓处包括翅脉前缘2、翅脉后缘6、翅根1和翅尖4，所述纵脉3沿着所述翅根1到所述翅尖4方向严格按照凸凹的次序排列且起伏的幅度逐渐减小，所述翅脉3的管径从所述翅脉前缘2到所述翅脉后缘6的方向逐渐变小，所述翅脉3之间的纵横交叉点为记录所述后翼模型的轮廓的特征点，所述特征点通过样条曲线沿着所述翅脉3连接形成翅脉曲线，所述翅脉曲线交叉形成的封闭区域为翅膜面，在所述翅脉曲线的上设置有一个样本圆，以所述翅脉曲线为脊线拉伸所述样本圆，从而形成圆管状的翅脉曲面，依据翅脉曲线的对位于两个横截面之间的所述翅膜面进行偏转，偏转原则为保证各个横截面的褶皱模型平滑过渡，形成褶皱模型轮廓，所述褶皱模型由所述翅脉曲线和所述翅膜曲面的空间分布及褶皱模型轮廓构成。

三维蜻蜓后翼平板模型：为了探究褶皱模型对蜻蜓后翅气动效能的影响，建立了三维蜻蜓后翼平板模型作为对照组，与三维蜻蜓翼模型的区别就是整体忽略了褶皱模型，不考虑蜻蜓翼上的具体特征，取而代之的是整体光滑的平面和曲面，这就是该模型叫做平板模型的原因。

作为本实用新型的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：

本实施例中，所述三维蜻蜓后翼平板模型与所述三维蜻蜓后翼模型具有相同外形以及相等的参考面积，且三维蜻蜓后翼平板模型的厚度与所述翅脉3的外径尺寸一致；三维蜻蜓后翼平板模型用于在研究过程中起相互对照的作用，极大的补充了仿真模拟蜻蜓翼研究中模型的空缺，为后续对蜻蜓翅膀气动性能以及流固耦合问题研究打下坚实的基础。

本实施例中，所述平板模型包括平板翅根7、平板前缘9、平板翅尖8和平板后缘10，所述平板前缘9和平板后缘10采用光滑过渡；与三维蜻蜓后翼模型形成明显对照，更好的反应了三维蜻蜓后翼模型的具体特征，能让使用者在使用本实用新型进行仿真模拟研究中更加直观，便捷的计算分析出蜻蜓翼褶皱模型的优势。

本实施例中，忽略所述翅脉3沿展向和弦向尺寸与形状的变化，所述样本圆的直径为为0.18mm。

本实施例中，所述翅膜面的形状为多边形，该多边形可以为三角形、四边形、五边形、六边形。

实施例1

蜻蜓后翼褶皱模型：首先利用建模软件CATIA绘制仿蜻蜓后翅展向横截面上的蜻蜓后翼褶皱模型，得到4个二维皱褶翼型，翅脉3是主要承载结构，而翅膜5则是翅膀的主要空气动力学结构，根据蜻蜓后翅的实际结构特征以及对蜻蜓后翅的测量实验，现对模型做出如下适当的简化：

1、忽略翅脉3和翅膜5沿展向和弦向的尺寸变化，翅脉3和翅膜5的尺寸取平均值。

2、忽略极微小皱褶以及皱褶内部结构的影响，忽略翅脉3形状的细微变化，将翅脉3形状简化为圆管，圆管状的翅脉直径为0.18mm，翅膜5的厚度为0.004mm。

3、忽略翅痣和翅结等对其空气动力学性能影响较小的结构。

整个模型真实的反映了蜻蜓右后翅的具体形态。在合理简化后所得到的模型从翅根1到翅尖4的各个部位都能对应且准确描述出蜻蜓翼的真实状况，包括整体和各个部位的尺寸，翅脉3、翅膜5的具体位置，翅脉3、翅膜5间的夹角，翅膜5和翅脉3的厚度等都得到了很好的体现。由于建模方法基于真实状态下蜻蜓翼的数据，所以最后的模型具有很高的准确度和精度。

在建立精确的蜻蜓翼模型的基础上，在研究过程中可同时考虑微结构和翅膜5的作用，更贴近蜻蜓真实飞行的情况，可以使模拟结果更加准确。

本实用新型中三维蜻蜓后翼平板模型，可作为一个对照模型，在研究蜻蜓在不同飞行模式下(滑翔、悬停、前飞等)的气动特性过程中可以起到一个很好的对比作用，更能突出显示蜻蜓后翼褶皱模型的结构优势。

在本实用新型所建立的模型条件下可进行大量的仿真研究，为柔性机翼的设计与制造提供数据支持。为仿生微型扑翼飞行器的扑动方式及扑动机构设提供设计思路；研究蜻蜓翼的形态、空气动力学、结构、材料等多个因素的相互耦合协同作用,可为航空航天飞行器和仿生微型扑翼飞行器等的设计、研制和开发提供一定的技术参考。

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三维蜻蜓后翼模型，其特征在于：包括利用建模软件CATIA绘制出三维蜻蜓后翼模型和作为对照组的三维蜻蜓后翼平板模型，所述三维蜻蜓后翼模型包括蜻蜓后翼二维平面模型和呈褶皱状的褶皱模型，所述蜻蜓后翼二维平面模型包括后翼模型，所述褶皱模型设置在所述后翼模型横截面的形状沿展向上，所述后翼模型包括翅脉和翅膜，所述翅脉可分为纵脉和横脉，并且所述纵脉和所述横脉交叉连接，所述翅脉在外轮廓处包括翅脉前缘、翅脉后缘、翅根和翅尖，所述纵脉沿着所述翅根到所述翅尖方向严格按照凸凹的次序排列且起伏的幅度逐渐减小，所述翅脉的管径从所述翅脉前缘到所述翅脉后缘的方向逐渐变小，所述翅脉之间的纵横交叉点为记录所述后翼模型的轮廓的特征点，所述特征点通过样条曲线沿着所述翅脉连接形成翅脉曲线，所述翅脉曲线交叉形成的封闭区域为翅膜面，在所述翅脉曲线的上设置有一个样本圆，以所述翅脉曲线为脊线拉伸所述样本圆，从而形成圆管状的翅脉曲面，依据翅脉曲线的对位于两个横截面之间的所述翅膜面进行偏转，形成褶皱模型轮廓，所述褶皱模型由所述翅脉曲线和所述翅膜曲面的空间分布及褶皱模型轮廓构成。

2.根据权利要求1所述的一种三维蜻蜓后翼模型，其特征在于：所述三维蜻蜓后翼平板模型与所述三维蜻蜓后翼模型具有相同外形以及相等的参考面积，且三维蜻蜓后翼平板模型的厚度与所述翅脉的外径尺寸一致。

3.根据权利要求1所述的一种三维蜻蜓后翼模型，其特征在于：所述平板模型包括平板翅根、平板前缘、平板翅尖和平板后缘，所述平板前缘和平板后缘采用光滑过渡。

4.根据权利要求1所述的一种三维蜻蜓后翼模型，其特征在于：忽略所述翅脉沿展向和弦向尺寸与形状的变化，所述样本圆的直径为为0.18mm。

5.根据权利要求1所述的一种三维蜻蜓后翼模型，其特征在于：所述翅膜面的形状为多边形。