基于结构与气动力分析的仿昆虫柔性翼设计及优化
发布时间：2022-01-19 07:25
仿生学机理的研究进展和微电子技术的日趋完善促进了学者们对仿昆虫微型扑翼飞行器的研究热情。仿昆虫微型扑翼飞行器比起传统的固定翼和旋翼飞行器,可以设计具有更小的结构尺寸、更好的飞行机动性和更好的环境适应性,在军事及民用领域越来越受重视。作为产生升力和推力的核心部分,仿昆虫柔性翼的设计在仿昆虫微扑翼飞行器研制过程中占有重要地位。本文以仿生学研究为基础,通过提取不同昆虫翅翼的主要结构特征,建立了有限元静力学和动力学分析模型,比较了不同昆虫翅翼结构的共同特征与差异性。以黄蜂翅翼为仿生对象,结合流固耦合分析及计算流体力学方法,分析了昆虫翅翼结构的几何特性和柔性特性对气动力的影响,在此基础上提出了仿昆虫微扑翼飞行器的柔性翼设计及优化方法。本文主要研究内容包括以下几个部分:1.在昆虫飞行仿生学原理研究的基础上,提取出昆虫翅翼的主要结构特征,分别建立了黄蜂、蝴蝶、家蝇翅翼结构的有限元模型,通过有限元静力学分析和动力学分析比较不同翅翼柔性特性和模态特性的共同点和差异性;2.将黄蜂翅翼几何特性（展弦比、扭转中心）与翅翼气动力模型建立联系,通过计算对比不同几何特性下的气动模型的气动特性,研究几何特性对翅翼气动...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂鸟
图 1. 3 机械蝴蝶 图 1. 4 DelFly Explorer德国 FESTO 公司设计制作飞行器系列包括 Smart Inversion（魔方）、Sma能鸟）、Bionic Opter（机械蜻蜓）、eMotion Butterfly（仿生蝴蝶）、A中水母）、Air Peguin（仿生企鹅）等，其中 Smart Bird、Bionic Opter、eterfly（如图 1.5-图 1.7 所示）更是近几年广受追捧的仿生扑翼飞行器。此外，哈佛大学还在研制的尺寸更小的机器苍蝇[1]（如图 1.8 所示）。
武汉科技大学硕士学位论文南京航空航天大学研制的扑翼飞行器试验机为仿鸟式，2002 年样机“黄莺”试飞成功，最新仿鸟样机的控制水平和飞行时间达到美国“MicroBat”水平。图 1.9是南京航空航天大学的仿鸟扑翼机样机之一“天鹰”。图 1. 5 Smart Bird 图 1. 6 eMotion Butterfly
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生微型扑翼飞行器中的空气动力学问题研究进展与挑战[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍,陈利丽. 实验流体力学. 2015(03)
[2]柔性扑翼气动结构耦合特性数值研究[J]. 陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青. 空气动力学学报. 2015(01)
[3]一种基于结构动力学的柔性扑翼气动结构耦合方法研究[J]. 陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青. 航空学报. 2013(12)
[4]基于结构动力学的平板扑翼气动弹性方法研究[J]. 陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青. 空气动力学学报. 2013(02)
[5]微型扑翼飞行器非定常运动对平尾的影响[J]. 杨茵,李栋,张振辉. 航空学报. 2012(10)
[6]仿鸟柔性扑翼气动特性与能耗的数值研究[J]. 肖天航,段文博,昂海松. 空气动力学学报. 2011(06)
[7]N-S方程数值研究翼型对微型扑翼气动特性的影响[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍. 计算力学学报. 2011(02)
[8]微型扑翼低雷诺数绕流气动特性研究[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍,李占科. 空气动力学学报. 2011(01)
[9]高效确定重叠网格对应关系的距离减缩法及其应用[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍. 航空学报. 2009(02)
[10]适合于柔性结构扑翼飞行器的空间非定常涡格法[J]. 余春锦,昂海松,陈青,张敏,张莉. 南京航空航天大学学报. 2008(04)
博士论文
[1]柔性体与流体耦合运动的数值模拟和实验研究[D]. 王思莹.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]仿生柔性体与流体耦合运动问题的研究[D]. 韩臻博.哈尔滨工业大学 2015
[2]微型飞行器柔性翼气动及抗风特性研究[D]. 何飞.西北工业大学 2007
[3]有限翼展扑动翼的欧拉方程数值模拟[D]. 龚凯.西北工业大学 2003
本文编号：3596455
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂鸟
图 1. 3 机械蝴蝶 图 1. 4 DelFly Explorer德国 FESTO 公司设计制作飞行器系列包括 Smart Inversion（魔方）、Sma能鸟）、Bionic Opter（机械蜻蜓）、eMotion Butterfly（仿生蝴蝶）、A中水母）、Air Peguin（仿生企鹅）等，其中 Smart Bird、Bionic Opter、eterfly（如图 1.5-图 1.7 所示）更是近几年广受追捧的仿生扑翼飞行器。此外，哈佛大学还在研制的尺寸更小的机器苍蝇[1]（如图 1.8 所示）。
武汉科技大学硕士学位论文南京航空航天大学研制的扑翼飞行器试验机为仿鸟式，2002 年样机“黄莺”试飞成功，最新仿鸟样机的控制水平和飞行时间达到美国“MicroBat”水平。图 1.9是南京航空航天大学的仿鸟扑翼机样机之一“天鹰”。图 1. 5 Smart Bird 图 1. 6 eMotion Butterfly
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生微型扑翼飞行器中的空气动力学问题研究进展与挑战[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍,陈利丽. 实验流体力学. 2015(03)
[2]柔性扑翼气动结构耦合特性数值研究[J]. 陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青. 空气动力学学报. 2015(01)
[3]一种基于结构动力学的柔性扑翼气动结构耦合方法研究[J]. 陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青. 航空学报. 2013(12)
[4]基于结构动力学的平板扑翼气动弹性方法研究[J]. 陈利丽,宋笔锋,宋文萍,杨文青. 空气动力学学报. 2013(02)
[5]微型扑翼飞行器非定常运动对平尾的影响[J]. 杨茵,李栋,张振辉. 航空学报. 2012(10)
[6]仿鸟柔性扑翼气动特性与能耗的数值研究[J]. 肖天航,段文博,昂海松. 空气动力学学报. 2011(06)
[7]N-S方程数值研究翼型对微型扑翼气动特性的影响[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍. 计算力学学报. 2011(02)
[8]微型扑翼低雷诺数绕流气动特性研究[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍,李占科. 空气动力学学报. 2011(01)
[9]高效确定重叠网格对应关系的距离减缩法及其应用[J]. 杨文青,宋笔锋,宋文萍. 航空学报. 2009(02)
[10]适合于柔性结构扑翼飞行器的空间非定常涡格法[J]. 余春锦,昂海松,陈青,张敏,张莉. 南京航空航天大学学报. 2008(04)
博士论文
[1]柔性体与流体耦合运动的数值模拟和实验研究[D]. 王思莹.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]仿生柔性体与流体耦合运动问题的研究[D]. 韩臻博.哈尔滨工业大学 2015
[2]微型飞行器柔性翼气动及抗风特性研究[D]. 何飞.西北工业大学 2007
[3]有限翼展扑动翼的欧拉方程数值模拟[D]. 龚凯.西北工业大学 2003
本文编号：3596455
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