多自由度撲翼微型飛行器設(shè)計研究.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。撲翼飛行比固定翼和旋翼飛行具有其獨特的優(yōu)點，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，撲翼的研究對航空技術(shù)的發(fā)展也有重要意義。 本文針對多自由度撲翼微型飛行器的相關(guān)設(shè)計問題進行了研究。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模式為撲翼微型飛行器設(shè)計提供理論和仿生學(xué)依據(jù)。 其次，以六桿七副傳動機構(gòu)為基礎(chǔ)，歸納出其構(gòu)造特性及設(shè)計約束，利用運動鏈再生變換原理，給出了新型六桿七副撲動機構(gòu)?？梢詾閾湟砦⑿惋w行器的設(shè)計提供重要的參考。以昆蟲翅膀運動機理為基礎(chǔ)，提出了一種復(fù)合3種運動的多自由度仿生撲翼機構(gòu)。由于能使翼尖按8字形或香蕉形運動及機翼扭轉(zhuǎn)，使撲翼運動更符合昆蟲運動形態(tài)。為了實現(xiàn)生物運動軌跡，建立了機構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化模型，其撲動規(guī)律能更

3、逼真地模擬昆蟲翼的撲動形態(tài)。 然后，針對撲翼驅(qū)動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，由于慣性和氣動阻力矩的變化將引起系統(tǒng)速度的周期性波動，從而影響驅(qū)動效率和氣動性能，為此，基于拉格朗日方程，對一種常用的撲翼機構(gòu)，建立了動力學(xué)方程，并求解其真實運動規(guī)律。結(jié)果表明，撲翼傳動機構(gòu)速度波動的主要影響因素是撲翼；增設(shè)飛輪可以使系統(tǒng)運行平穩(wěn)，進而提高驅(qū)動效率、改善氣動性能；增設(shè)扭簧可使下?lián)渌俣忍岣撸蠐渌俣冉档?，有利于進一步提高撲動升力。 接著，針對具

4、有上下?lián)鋭?、前后劃動和俯仰運動的撲翼流場進行了數(shù)值計算，分析了各種運動參數(shù)對復(fù)合運動撲翼氣動特性的影響。具有多自由度復(fù)合運動的撲翼能夠產(chǎn)生較大的升力和推力；對升力和推力影響最大的運動參數(shù)是上下?lián)鋭臃群蛽鋭宇l率，其次為前后劃動幅度和俯仰運動平均角，影響較小的是俯仰運動的幅度，而增大俯仰運動平均角，可顯著增大升力，但會減小推力。 最后，在低速風(fēng)洞中進行了多自由度撲翼微型飛行器的吹風(fēng)試驗，實測了撲翼機的升力、阻力隨撲動頻率、迎角和