微撲翼飛行器動(dòng)力學(xué)仿真及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、微撲翼飛行器(FMAV)是一種模仿鳥類或昆蟲飛行的新概念飛行器。由于具有體積小、重量輕、成本低、隱身性和可操作性好等特點(diǎn)，‘在國防和民用領(lǐng)域有十分重要而廣泛的應(yīng)用。仿生學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)研究均表明，對于特征尺寸相當(dāng)于鳥或者昆蟲的微型飛行器來說，撲翼飛行要優(yōu)于固定翼和旋翼飛行器。 單曲柄雙搖桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的微撲翼飛行器在試飛過程中時(shí)常發(fā)生向左或者向右傾斜栽落的現(xiàn)象。這是由于左右撲翼動(dòng)作的不完全對稱性引起的。本文以這種類型的微撲翼飛行器

2、為研究對象，把已有的空氣動(dòng)力學(xué)研究成果與其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，以建模、仿真與優(yōu)化等為研究手段，圍繞著提高該類型微撲翼飛行器的運(yùn)動(dòng)對稱性而展開工作。 微撲翼飛行器的翅翼一般是連接在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)搖桿上的，不同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)決定了不同的撲翼飛行方式，而不同的撲翼方式也需要不同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與之相適應(yīng)，因此驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅是微撲翼飛行器的關(guān)鍵部件，還是體現(xiàn)其撲翼動(dòng)作特征的機(jī)構(gòu)。針對上述現(xiàn)象和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在微撲翼飛行器中的重要作用，本文建立了單曲柄雙搖桿驅(qū)動(dòng)

3、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)學(xué)模型及其在ADAMS中的仿真模型，同一參數(shù)在這兩類模型下的運(yùn)動(dòng)曲線圖完全一致，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)建模與仿真建模的正確性。為了提高單曲柄雙搖桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)對稱性，以其左右撲翼角之差和角速度之差的幅值在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)同時(shí)盡可能的小為優(yōu)化目標(biāo)，在二者數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)造了綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，并在機(jī)械學(xué)與仿生學(xué)的約束條件下利用模式搜索法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。所得研究成果為提高同類型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)對稱性提供了理論指導(dǎo)，對其它類型的撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也有很好

4、的借鑒意義。 在鳥類、昆蟲撲翼飛行的生物學(xué)原理研究基礎(chǔ)上，從合力作用與分解的角度提出了一種氣動(dòng)力對微撲翼飛行器作用的機(jī)理，解釋了微撲翼飛行器在試飛過程中傾斜栽落的力學(xué)原因。同時(shí)根據(jù)該機(jī)理和條帶理論計(jì)算了微撲翼飛行器作一維拍動(dòng)時(shí)上下方向受到的氣動(dòng)力，最后將計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所得到的升力曲線進(jìn)行了比較，二者的結(jié)果比較接近。 在ADAMS中建立了微撲翼飛行器的整機(jī)仿真模型，將上面氣動(dòng)力計(jì)算結(jié)果加載到仿真模型機(jī)翼上，仿真得到了動(dòng)