壓電撲翼微型飛行器翅翼設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、仿生學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)理論的成熟，推進(jìn)了微撲翼飛行器的研究。根據(jù)微撲翼飛行器機(jī)翼的撲動(dòng)特點(diǎn)，研究者們希望使用壓電元件作為機(jī)翼的驅(qū)動(dòng)器。壓電元件具有體功率密度大、響應(yīng)頻率高的突出優(yōu)點(diǎn)；但產(chǎn)生的位移較小，難以直接實(shí)現(xiàn)足夠大的翅翼振幅。當(dāng)前實(shí)驗(yàn)成功的一種方法是通過(guò)柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)將壓電驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的位移放大，從而實(shí)現(xiàn)翅翼較大幅度的拍動(dòng)，但該結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)效率不高。
　　論文針對(duì)直接采用壓電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)微撲翼飛行器飛行開(kāi)展研究。依據(jù)飛行、驅(qū)動(dòng)方

2、式的要求，對(duì)仿生翅翼進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，開(kāi)展相關(guān)動(dòng)力學(xué)分析。
　　為實(shí)現(xiàn)翅翼較大幅度的拍動(dòng)，論文開(kāi)展合作改進(jìn)壓電材料性能的研究，實(shí)現(xiàn)了較大的壓電形變。結(jié)合壓電雙晶片結(jié)構(gòu)和共振激勵(lì)放大原理，依靠甲方單位壓電片的研究經(jīng)驗(yàn)和加工技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種壓電雙晶片的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，將翅翼作為壓電雙晶片的中間層，并提出了對(duì)翅翼的設(shè)計(jì)要求。
　　論文采用仿蜻蜓的翅翼結(jié)構(gòu)，由翅脈和翅膜粘接而成。翅脈作為翅翼在撲動(dòng)過(guò)程中主要的承力結(jié)構(gòu)；為減輕翅脈的質(zhì)量，采用靜

3、力學(xué)分析和模態(tài)分析，逐步對(duì)翅脈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并驗(yàn)證簡(jiǎn)化后翅翼的結(jié)構(gòu)特性。
　　論文進(jìn)一步分析翅翼在壓電驅(qū)動(dòng)器的作用下產(chǎn)生的氣動(dòng)力性能。首先給出壓電陶瓷片與翅翼的裝配結(jié)構(gòu)，根據(jù)壓電雙晶片的驅(qū)動(dòng)原理，確定驅(qū)動(dòng)力大小。然后對(duì)其進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，為實(shí)現(xiàn)共振放大，驅(qū)動(dòng)力的頻率應(yīng)等于翅翼裝配結(jié)構(gòu)的一階固有頻率，求解得到翅翼尖端在垂直于翅翼方向不同時(shí)刻的位移，使用MATLAB擬合得到翅翼的撲動(dòng)規(guī)律。在Fluent中，使用UDF自定義函數(shù)，