考虑弹簧和运动副间隙的微扑翼飞行器翅翼机构动力学研究

发布时间：2021-06-24 01:43

　　基于仿生学原理的微扑翼飞行器在军事和民用上有极其重要的用途,近年来,引起了研究者的特别关注。翅翼机构是微扑翼飞行器中的关键组成部分,其动态特性的好坏直接影响微扑翼飞行器的性能。本论文以一种翅翼机构为研究对象,对其动力学性能进行了深入的研究。仿生研究表明:翅翼机构相当于飞行动物的骨骼和关节,胸部肌肉类似于系统的驱动器,从这点出发,本文研究的翅翼机构为一种包含有弹簧的连杆机构。利用简化的片条理论计算作用于机构上的气动力。气动载荷波动会对电机造成冲击,研究表明:加入适当的弹簧能有效改善这种状况。本文建立了弹簧的优化设计模型,并提出了确定弹簧刚度系数与机构运转频率之间关系式的方法。机构运动中,运动副间隙不可避免。本文利用Dubowsky的冲击副模型建立了含间隙、弹簧和有空气动力作用的机构动力学方程式,求解系统的最大Lyapunov指数,并作出系统运动的Poincare映射。研究表明含间隙翅翼机构在某些特定的机构运转速度、间隙大小和弹簧刚度系数的情况下存在混沌现象。翅翼机构的运动与空气动力学之间有非常强的耦合作用。由于气动力是机构输出构件角速度的函数,因此,翅翼机构混沌运动时,气动力的波动可能会... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

所示，柔性双摇杆机构放大位移并带动仿生翅拍动

图l一l微扑翼机构(Madangopal[3J)图l一2微扑翼机构(Madangopa一〔4])(2)压电材料翅翼驱动机构，如王妹欲等t2]设计的压电双晶片驱动机构。如图1一3所示，柔性双摇杆机构放大位移并带动仿生翅拍动。该系统具有无摩擦、无间隙和运动灵敏性高等特点，能较好地模仿生物柔性，实现所需高频周期性运动。只是该扑翼系统的动态运动性能尚未达到理想，需要进一步的研究。声卜电双晶)图1一3压电驱动的仿生微扑翼机构(王妹散121)(3)基于昆虫胸腔式结构的静电驱动微扑翼机构，如侯宇等[5]设计的如图1一4所示的机构。根据昆虫胸腔结构和扑翼运动的机理，采用静电驱动的胸腔式微扑翼机构。系统的主体由上下平行的两块极板组成，其中一块固定在机体上

身的固有频率相等，这样就可以使机构产生共振，增大机翼的振幅。图1一4胸腔式静电驱动扑翼机构简图(侯宇I5])(4)交变磁场驱动机构，如KubO等[6]设计的如图1一5所示的结构，运动部件做成中空的，金字塔形状，这使得在上下扑动过程中的阻力系数不同。在每支机翼的根部放置一块永磁铁，在交变磁场所产生的旋转力矩的作用下，机翼按照特定频率拍击。由于上下扑翼阶段的阻力系数不同，在一个拍击循环过程中就会产生一个向上的力。当交变磁场的频率与系统的固有频率相同时，机翼的振幅达到最大值。图l一5交变磁场驱动机构(Kubo[6})(5)往复式化学肌肉(RCM)驱动机构，人造肌肉在智能材料学科中被称为“聚合胶体”

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]仿生微扑翼飞行器扑翼机构的设计及其动态模拟和分析[D]. 江敬强.西南交通大学 2007
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本文编号：3246097