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微型扑翼飞行器(Flapping Micro Aerial Vehicle,FMAV)在军事和民用领域的广阔用途,驱动着FMAV的研制与发展。随着微电子技术、材料科学和仿生学的日趋成熟,FMAV的设计与制造发展迅速,但与传统飞行器完全不同的飞行方式,使FMAV的发展遇到瓶颈。蜻蜓通过其翅膀的形态、结构和材料等多个因素的相互耦合作用,展现出卓越的飞行能力,为FMAV的设计与制造提供了天然的生物模本,然而蜻蜓飞行时的雷诺数低,飞行方式灵活多变,蜻蜓翅膀的尺寸微小,使蜻蜓的风洞实验研究存在一定的限制,通过数值模拟的方法计算蜻蜓滑翔和扑翼前飞两种常见飞行模式下的气动效能成为可行的方式。为揭示蜻蜓滑翔时气动载荷对前翅的影响,选取蜻蜓前翅沿展向五个不同位置的横截面并建立与之相对应的二维褶皱翼型,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)/计算结构力学(Computational Structural Dynamic,CSD)的耦合方法数值模拟了蜻蜓滑翔时二维褶皱翼型的流固耦合问题,结果显示褶皱的变形和应力小,且越靠近蜻蜓翅尖位置的褶皱变形和应力越小,越靠近蜻蜓躯干位置的褶皱变形和应力越大,褶皱结构的不同构型改变了前翅的应力分布,使其载荷分布更加合理。为探究蜻蜓前翅的褶皱结构和柔性对其气动效能的影响,依据蜻蜓前翅已有的测量数据和研究成果,利用三维建模软件CATIA基于逆向工程设计建立了蜻蜓三维褶皱前翅CFD和CSD模型,采用数值模拟的方法计算了蜻蜓滑翔飞行和扑翼前飞两种飞行模式下的气动效能,并基于CFD/CSD的耦合方法数值模拟了蜻蜓滑翔时三维褶皱前翅的流固耦合问题。结果表明,褶皱结构上下表面凹槽内被驻留涡填充,且下表面凹槽内存在逆时针旋转的涡,此反向流动降低了蜻蜓前翅的摩擦阻力。褶皱诱导出的前缘涡,改善了蜻蜓前翅的气动效能,蜻蜓扑翼前飞时,前缘涡在翅膀下挥过程中持续附着在其前缘,维持了蜻蜓前翅的高升力。在蜻蜓滑翔过程中,柔性褶皱前翅在受气动载荷后,仅产生弯曲变形而没有扭转变形,气动响应时间短,表现出良好的稳定性。与刚性褶皱前翅相比,柔性改善了其大攻角时的气动效能,此研究的结果对FMAV的柔性机翼的设计有一定的指导意义。