《典型鴞靜音飛行特徵規律與機理研究》是依託吉林大學，由任露泉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：典型鴞靜音飛行特徵規律與機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：任露泉
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鴞類以嚙齒類動物為食，為了捕捉獵物，具備靜音飛行的能力。這種靜音飛行能力，是經過漫長的進化，由其羽毛的特殊結構產生的。目前已發現鴞存在4種特殊的羽毛結構：翅膀前緣梳子齒形結構；後緣劉海狀結構；翅膀下面次級飛羽流蘇狀結構；鴞體表茂密的絨羽結構。獨特的羽毛結構產生了降噪效應，使其能夠靜音飛行。目前鴞的靜音飛行機理尚未研究清楚，其原因是鴞的飛行-噪聲特性沒有得到精確解析；鴞特殊的羽毛結構未進行多因素綜合研究。本項目運用生物運動實時捕捉分析方法，確定鴞飛行狀態參數，通過同步噪聲測量技術，研究鴞的飛行- - 噪聲特性，獲得鴞飛行- - 噪聲的內在特徵規律；運用仿真技術及風洞流場可視化方法，研究鴞羽毛多因素飛行降噪特性；分析仿真與風洞試驗數據，確定鴞羽毛特徵參數與飛行噪聲之間的內在關係，揭示鴞靜音飛行的機理。本項目的研究，可以破解鴞靜音飛行的密碼，並獲得靜音飛行 的自主智慧財產權。
結題摘要
降噪可以改善環境舒適性，較低的噪聲水平也是汽車、高鐵等產品品質的重要指標；降噪對於無人機、潛艇等還具有特殊的軍事意義，可以增加隱蔽性提高作戰性能。已有研究表明，鴞的飛行噪聲低與鴞的特殊羽毛形態、翅膀翼型參數及飛行方式有關。以鴞和雀鷹等作為試樣樣本，研究了鴞目鳥與非鴞目鳥的羽毛結構、翅膀翼型、飛行參數及飛行噪聲，初步揭示了鴞目鳥飛行降噪機理。同時運用鴞的降噪原理進行了風機葉片降噪特性擴展研究。 長耳鴞與雀鷹都是在翅膀前緣處的厚度最大，沿展向長耳鴞最大厚度比雀鷹更早向前緣靠近，雀鷹最大厚度與前緣距離比長耳鴞更小。長耳鴞翅膀從展向50%開始最大彎度位置逐漸向翅膀後緣靠近，而雀鷹最大彎度位置基本處於翅膀中間。雕鴞翼尖運動軌跡的連續性變化，使通過翼尖的氣流形成了渦旋結構，流體的運動為連續狀態，減小了氣流之間以及氣流與翼尖的不定常流動。雀鷹翼尖運動軌跡呈非連續變化，臨近極點時驟停，隨後開始反向運動。固定撲翼運動產生的噪聲高於撲翼飛行，長耳鴞進行固定撲翼運動明顯增加了低頻噪聲，而對於高頻噪聲影響不大。但雀鷹進行固定撲翼運動不但增加了低頻噪聲，同時增加了高頻噪聲。翅膀邊緣的梳子齒結構可降噪，其噪聲隨梳子齒展向夾角的增大而下降；梳子齒夾角和高度一定時，噪聲隨齒寬增加而下降；梳子齒夾角為30°、寬和高為1mm時，取得最佳降噪效果。長耳鴞翅膀只有翅膀根部後緣易發生邊界層分離，而雀鷹靠近翅膀根部的整個表面均易發生分離。雀鷹翅膀展向翼型相差較小，從翅根到翼尖，翼型厚度與彎度緩慢減小，各截面翼型表面分離方式較一致，展向分離強度不發生突變。雀鷹40%翼型的升阻特性最好，其次是長耳鴞40%翼型和雀鷹翅膀，長耳鴞翅膀升阻特性相對較差，但在0°攻角附近阻力係數很小，因而長耳鴞滑翔效率較高。長耳鴞、雀鷹及其40%截面翼型的噪聲在50Hz以及650Hz 兩頻段出現峰值。在攻角為20°時，雀鷹翅膀翼型及兩種40%截面翼型噪聲值達80-85dB，而長耳鴞翅膀翼型噪聲則大幅降至67 dB。運用鴞的降噪原理設計了仿生葉片，試驗結果表明，仿生葉片在降低噪聲的同時氣動效率也有所提高。
