撲翼飛行機(jī)理和仿生撲翼結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、微型撲翼飛行機(jī)器人,又稱微型撲翼飛行器,通過模仿自然界飛行鳥類和昆蟲運(yùn)動(dòng)機(jī)理而實(shí)現(xiàn)撲翼飛行,是目前研究的熱點(diǎn)。仿生學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)研究均表明,對(duì)于鳥類和昆蟲級(jí)別的飛行器,撲翼飛行要優(yōu)于傳統(tǒng)的固定翼和旋翼飛行,因此在民用和軍用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 首先簡(jiǎn)要介紹了微型撲翼飛行的研究背景,包括微型飛行器的概念、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及其可觀的應(yīng)用前景；闡述了微型撲翼飛行器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,對(duì)目前和將來研究中需要解決的一些關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了

2、探討。
　　 接著,對(duì)昆蟲翅膀的幾何結(jié)構(gòu)特性、運(yùn)動(dòng)機(jī)理和空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析,重點(diǎn)探討了昆蟲飛行過程中的幾何和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)以及撲翼飛行的一些非定常空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)制,為撲翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和翼的研究打下基礎(chǔ)。
　　 在以上研究的基礎(chǔ)上,通過對(duì)兩個(gè)自由度撲翼運(yùn)動(dòng)的方案分析,確定采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)撲翼運(yùn)動(dòng)中的拍動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),由此設(shè)計(jì)出一種新型的兩自由度撲翼機(jī)構(gòu)。通過撲翼機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和尺度律分析,確定了機(jī)構(gòu)的基本參數(shù),并用U

3、G繪制了三維模型。運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果表明,撲翼機(jī)構(gòu)能很好地實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)。
　　 采用有限元方法,分別對(duì)飛蛾、蟬、蜜蜂三種昆蟲翅膀進(jìn)行了建模和模態(tài)分析。有限元計(jì)算結(jié)果表明,外形與翅脈布局設(shè)計(jì)合適的仿生翼可以滿足采用共振激勵(lì)的撲翼機(jī)構(gòu)對(duì)翅翼振型的要求,同時(shí)仿生翼最大弦長(zhǎng)的位置對(duì)一二階模態(tài)頻率差有較大影響。
　　 最后研制了包括電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、撲翼機(jī)構(gòu)和翼在內(nèi)的撲翼裝置,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的撲翼機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)所需