仿生扑翼微型飞行器翅翼优化设计研究

发布时间：2020-12-29 02:46

　　仿生扑翼微型飞行器(Flapping Wing Micro Aerial Vehicles,FWMAVs)是一类模仿鸟类和昆虫利用翅翼往复运动产生力和力矩从而完成前飞、悬停、转弯和倒飞等动作的微型飞行器,因其尺寸小、能够快速起飞、具有高度机动性和灵活性以及独特的仿生外形,使得其在军事及民用方面具有广泛的应用前景,因而近几十年也成为了航空科学领域的研究热点。翅翼是FWMAVs最重要的组成部件之一,它直接影响着飞行器的运动特性,包括升力、推力及力矩的产生。目前扑翼式的微型飞行器的续航时间都很短,悬停飞行作为必备的一项飞行能力,相较前飞等常规飞行方式,需要消耗更多的能量。基于此,本文以一款仿蜂鸟扑翼微型飞行器为研究对象,对悬飞下的翅翼进行优化设计研究,主要内容如下:(1)类似于昆虫,FWMAVs的低速和小尺寸使之飞行处于低雷诺数范围,采用常规气动理论无法解释其独特的扑翼飞行机理。首先简要介绍了运动的翅翼产生升力时需满足的库塔条件,引出升力与环量之间的关系;然后从定性的角度解释了低雷诺数下的运动翅翼产生高升力的非定常气动机理;进而将翅翼的空间三维运动进行坐标系定义,构建预测气动力及力矩有足够精... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

布鲁塞尔大学的仿蜂鸟FWMAV翅翼结构

Robobee[69]2007 3 国大学 FWMAV[70]2007 15 elFly Micro[34]2008 10 大学 FWMAV[71]2009 57.2 her’s FWMAV[72]2010 14.3 特州立大学[73]2010 20 o Hummingbird[59]2011 16.5 ionicOpter[74]2012 63 lFly Explorer[75]2013 28 tic Hummingbird[76]2013 15 大学 FWMAV[77]2015 20 立大学 FWMAV[78]2015 22 有仿鸟型(bird-inspired)和仿昆虫型(insect-inspired)两鸟型飞行器如南京航空航天大学的扑翼机[79]，都幅度在垂直平面上运动，由于没有翅翼的旋转运中产生升力，如图 1-4 所示。

翼上添加一根扭转弹簧来代替这种分布式的柔韧的分布式转动刚度(rotational stiffness)。学参数定义反复拍打的特性使得描述它的运动变得困难，通续的运动[21, 85]，包括前后拍打运动(sweeping monging motion)和绕翅翼展向轴旋转的俯仰运动(p角来表示：拍打角 、扑动角 、俯仰角 [14, 21]。性坐标系i i ix y z 和翼面坐标系c c cx y z 。如图 2-7 所一个原点，位于翅翼的基部。ix 轴与翅翼半行程iz 轴垂直于行程平面，而iy 由右手定则确定。翼cy 轴垂直于翼面，cz 轴与翼面平行，翼面坐标系拍打角 为cx 轴在水平面的投影与ix 之间的夹角平面的投影之间的夹角，垂直于水平面和cx 轴的角 。


本文编号：2944854