基于往复超声电机的直接驱动扑翼机的设计

发布时间：2017-10-21 14:39

  本文关键词：基于往复超声电机的直接驱动扑翼机的设计

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【摘要】：微型飞行器具有尺寸小,携带方便,起飞不受场地影响和在天空不易被发现等优点,被广泛的应用于军事和民用领域。与微型固定翼和旋翼飞行器相比,扑翼微型飞行器主要特点是将举升、悬停和推进功能集成于一体,同时具有很强的机动性和灵活性,更适于执行绕过障碍物等飞行。对于微小尺寸的飞行器,扑翼产生的非定常升力比固定翼定常升力要大得多。从推进力方面来看,扑翼推进效率也比螺旋桨推进效率要高。常规扑翼机的驱动机械机构扑动效率低,能量损耗大,本论文提出一种基于往复超声电机直接驱动的新型扑翼机设计。利用超声电机可以定点相位、产生大扭矩的特点来实现直接往复驱动,避免使用减速与曲柄摇杆机构来实现周期扑动。论文结合微型扑翼飞行器的设计方法,进行了直接驱动微型扑翼飞行器的总体设计、气动特性分析以及控制技术的研究。研究了基于往复超声电机的新型直接驱动扑翼微型飞行器的气动外形、总体结构。在CATIA三维建模的基础上,利用嵌套网格技术对扑翼机典型状态下的低雷诺数空气动力学性能进行了计算与分析,并设计了实现直接扑动的控制算法,编写了程序,实现了扑翼一定扑动频率和一定扑动幅度下的直接驱动。最后完成了实物样机的制作,进行了实验研究。实验研究结果表明,本文设计制造的直接驱动微型扑翼飞行器能够实现扑翼一定扑动频率和一定扑动幅度下的直接驱动。表明本文所做的工作对直接驱动扑翼机的研究有一定的指导意义。
【关键词】：直接驱动 微型扑翼飞行器 超声电机 总体设计 气动特性分析 控制系统
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V276
【目录】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 扑翼微型飞行器的概述11-16
• 1.2.1 扑翼微型飞行器的发展12-15
• 1.2.2 扑翼微型飞行器的研究难点15-16
• 1.3 仿生扑翼机驱动机构的研究现状16-18
• 1.4 本文的研究目的和主要内容18-20
• 第二章 超声电机20-29
• 2.1 超声电机原理20-24
• 2.1.1 行波的形成21-22
• 2.1.2 弹性体表面的椭圆运动22-24
• 2.2 超声电机分类24
• 2.3 超声电机与电磁电机的比较24-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 直接驱动扑翼机总体设计与气动特性分析29-49
• 3.1 直接驱动扑翼机总体设计29-31
• 3.1.1 直接驱动扑翼机外形设计29-30
• 3.1.2 直接驱动扑翼机机构设计30
• 3.1.3 超声电机的选择30-31
• 3.2 基于3D~2MUFS求解器的气动分析基础31-35
• 3.2.1 3D~2 MUFS求解器的基本思路31-32
• 3.2.2 流体控制方程32-34
• 3.2.3 方程离散与求解34
• 3.2.4 流体控制模型34-35
• 3.3 非结构嵌套网格方法35
• 3.4 网格划分及相关参数设置35-44
• 3.4.1 模型的修改35-36
• 3.4.2 扑翼运动模型36-39
• 3.4.3 网格的生成39-41
• 3.4.4 流场求解方法和条件的选择41
• 3.4.5 计算参数的选择41-44
• 3.5 直接驱动扑翼微型飞行器气动特性分析44-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 直接驱动扑翼微型飞行器控制设计与样机制作49-63
• 4.1 直接驱动扑翼微型飞行器控制系统设计49-54
• 4.1.1 行波型超声电机驱动器50-51
• 4.1.2 光电旋转编码器51-52
• 4.1.3 微处理器模块（控制器）52-54
• 4.2 直接驱动扑翼微型飞行器控制软件设计54-56
• 4.3 直接驱动扑翼微型飞行器控制律设计56-59
• 4.4 物理样机制作59-62
• 4.4.1 机身的制作59-60
• 4.4.2 机翼的制作60
• 4.4.3 尾翼的制作60-61
• 4.4.5 全机的装配61
• 4.4.6 实验研究61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 致谢65-66
• 硕士在学期间的研究成果及发表的学术论文66
• 参考文献66-68

【参考文献】

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本文编号：1073907