多自由度撲翼微型飛行器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、微型飛行器（MAV，Micro Air Vehicle）因在軍事和民用領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景而成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。撲翼飛行比固定翼和旋翼飛行具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而，微型撲翼飛行器必將在該研究領(lǐng)域占有重要地位。由于撲翼是新型的飛行器形式，撲翼的研究對(duì)航空技術(shù)的發(fā)展也有重要意義。 本文針對(duì)多自由度撲翼微型飛行器的相關(guān)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容包括： 首先，從昆蟲和鳥類翅膀構(gòu)造出發(fā)，分析兩類飛行生物的飛行方式、

2、飛行原理和翅膀的撲動(dòng)模式為撲翼微型飛行器設(shè)計(jì)提供理論和仿生學(xué)依據(jù)。 其次，以六桿七副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，歸納出其構(gòu)造特性及設(shè)計(jì)約束，利用運(yùn)動(dòng)鏈再生變換原理，給出了新型六桿七副撲動(dòng)機(jī)構(gòu)?？梢詾閾湟砦⑿惋w行器的設(shè)計(jì)提供重要的參考。以昆蟲翅膀運(yùn)動(dòng)機(jī)理為基礎(chǔ)，提出了一種復(fù)合3種運(yùn)動(dòng)的多自由度仿生撲翼機(jī)構(gòu)。由于能使翼尖按8字形或香蕉形運(yùn)動(dòng)及機(jī)翼扭轉(zhuǎn)，使撲翼運(yùn)動(dòng)更符合昆蟲運(yùn)動(dòng)形態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)生物運(yùn)動(dòng)軌跡，建立了機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化模型，其撲動(dòng)規(guī)律能更

3、逼真地模擬昆蟲翼的撲動(dòng)形態(tài)。 然后，針對(duì)撲翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于慣性和氣動(dòng)阻力矩的變化將引起系統(tǒng)速度的周期性波動(dòng)，從而影響驅(qū)動(dòng)效率和氣動(dòng)性能，為此，基于拉格朗日方程，對(duì)一種常用的撲翼機(jī)構(gòu)，建立了動(dòng)力學(xué)方程，并求解其真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)果表明，撲翼傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速度波動(dòng)的主要影響因素是撲翼；增設(shè)飛輪可以使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，進(jìn)而提高驅(qū)動(dòng)效率、改善氣動(dòng)性能；增設(shè)扭簧可使下?lián)渌俣忍岣?，上撲速度降低，有利于進(jìn)一步提高撲動(dòng)升力。 接著，針對(duì)具

4、有上下?lián)鋭?dòng)、前后劃動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)的撲翼流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)復(fù)合運(yùn)動(dòng)撲翼氣動(dòng)特性的影響。具有多自由度復(fù)合運(yùn)動(dòng)的撲翼能夠產(chǎn)生較大的升力和推力；對(duì)升力和推力影響最大的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是上下?lián)鋭?dòng)幅度和撲動(dòng)頻率，其次為前后劃動(dòng)幅度和俯仰運(yùn)動(dòng)平均角，影響較小的是俯仰運(yùn)動(dòng)的幅度，而增大俯仰運(yùn)動(dòng)平均角，可顯著增大升力，但會(huì)減小推力。 最后，在低速風(fēng)洞中進(jìn)行了多自由度撲翼微型飛行器的吹風(fēng)試驗(yàn)，實(shí)測了撲翼機(jī)的升力、阻力隨撲動(dòng)頻率、迎角和