仿生扑翼飞行器的动力特性分析及结构优化设计

发布时间：2017-04-19 10:07

  本文关键词：仿生扑翼飞行器的动力特性分析及结构优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：仿生扑翼飞行器是一种模仿昆虫或鸟类扑翼飞行的新型飞行器。由于具有重量轻、体积小、隐身性、可操作性好和成本低等特点，在国防和民用领域均有十分广泛的应用前景。空气动力学和仿生学研究均表明，扑翼形式对于特征尺寸相当于昆虫或者鸟类的飞行器来说具有更高的飞行效率。 本文首先对鸟类平飞时的实际扑翼运动进行了分析和概括，在原有的匀速无俯仰运动的模型基础上，考虑其缺陷并建立了其他两种改进的扑翼运动学模型，使扑翼运动更接近飞鸟翅膀扑动的真实情况。根据生物飞行的气动理论以及尺度效应，对该扑翼飞行器的运动参数和形状尺寸进行选择。通过数值模拟的方法对不同的运动模型进行气动力的计算和仿真。 通过分析现有的扑翼飞行器驱动方式，选择了对称式的双曲柄双摇杆机构与平面四连杆机构作为飞行器的驱动方式。根据确定的运动参数，分别计算出一、二级机翼中各个连杆的长度与所需的夹角并进行运动仿真。在此基础上设计了后置连杆机构来实现弦向的俯仰运动。根据空气阻力公式对驱动电机所需扭矩进行计算，并根据计算结果选择符合要求的电机。 利用三维造型软件对扑翼飞行器的结构进行设计和建模。根据确定的形状尺寸和连杆杆长数据，分别对机翼、尾翼和机身进行结构设计，并对其进行干涉检查以及运动仿真。分析运动部件中受力较大的齿轮并对其进行强度校核，同时对整体模型进行重心分析，使该扑翼飞行器重心位于左右对称面上。 最后进行扑翼飞行器的实际加工、组装以及测试。选择亚克力板和ABS板作为扑翼飞行器零部件的材料，采用激光切割的方式进行加工。然后进行装配、布线及蒙皮。完成所有的组装后进行实际受力情况测试，得到该扑翼飞行器的实际受力情况。
【关键词】：扑翼飞行器 扑翼模型 双曲柄双摇杆机构 三维建模
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V276
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-16
• 1.2.1 国外研究现状10-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.2.3 国内外文献综述的简析14-16
• 1.3 主要研究内容16-17
• 第2章 扑翼飞行器运动模型建立及其气动力计算17-27
• 2.1 扑翼运动规律的观察与分析17
• 2.2 建立不同参数的运动模型17-20
• 2.2.1 坐标系的建立17-18
• 2.2.2 建立扑翼模型18-20
• 2.3 扑翼飞行器设计参数的确定20-23
• 2.3.1 外形参数的确定20-22
• 2.3.2 扑翼运动参数的确定22-23
• 2.4 扑翼模型的气动特性23-26
• 2.4.1 扑翼模型的气动力计算23-25
• 2.4.2 扑翼模型的气动仿真25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 仿生扑翼驱动机构的优化设计27-43
• 3.1 常见扑翼驱动方式分析27-28
• 3.2 连杆驱动机构设计28-36
• 3.2.1 总体方案确定28-29
• 3.2.2 一级机翼参数计算29-31
• 3.2.3 二级机翼参数计算31-35
• 3.2.4 俯仰运动机构设计35-36
• 3.3 电机所需扭矩计算36-41
• 3.4 选择电机41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 扑翼飞行器结构设计43-52
• 4.1 传动结构设计43-45
• 4.2 尾翼结构设计45-47
• 4.3 机身结构设计47-48
• 4.4 总体结构设计48-49
• 4.5 模型校核与分析49-50
• 4.5.1 齿轮强度校核49
• 4.5.2 模型的分析与调整49-50
• 4.6 本章小结50-52
• 第5章 扑翼飞行器装配与测试52-62
• 5.1 零部件加工52-53
• 5.2 扑翼飞行器组装53-57
• 5.3 实际升力和推力的测试57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 刘岚;方宗德;侯宇;;扑翼飞行的气动建模与仿真分析[J];计算机仿真;2006年03期

2 肖天航;段文博;昂海松;;仿鸟柔性扑翼气动特性与能耗的数值研究[J];空气动力学学报;2011年06期

3 孙茂;昆虫飞行的高升力机理[J];力学进展;2002年03期

4 曾锐,昂海松;仿鸟复合振动的扑翼气动分析[J];南京航空航天大学学报;2003年01期

5 王姝歆;周建华;颜景平;;微型仿生扑翼飞行器的尺度效应分析[J];南京航空航天大学学报;2005年06期

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8 曾理江;昆虫运动机理研究及其应用[J];中国科学基金;2000年04期

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1 余春锦;柔性扑翼微型飞行器的气动特性研究[D];南京航空航天大学;2009年

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本文编号：316028