多自由度撲翼微型飛行器設計研究.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計提供理論和仿生學依據(jù)。 其次，以六桿七副傳動機構(gòu)為基礎，歸納出其構(gòu)造特性及設計約束，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)。可以為撲翼微型飛行器的設計提供重要的參考。以昆蟲翅膀運動機理為基礎，提出了一種復合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；增設扭簧可使下?lián)渌俣忍岣?，上撲速度降低，有利于進一步提高撲動升力。 接著，針對具

4、有上下?lián)鋭印⑶昂髣潉雍透┭鲞\動的撲翼流場進行了數(shù)值計算，分析了各種運動參數(shù)對復合運動撲翼氣動特性的影響。具有多自由度復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，在低速風洞中進行了多自由度撲翼微型飛行器的吹風試驗，實測了撲翼機的升力、阻力隨撲動頻率、迎角和