文档介绍：西北工业大学
博士学位论文
微型扑翼飞行器的仿生翼设计技术研究
姓名:刘岚
申请学位级别:博士
专业:机械设计及理论
指导教师:方宗德
20070101
微型扑翼飞行器欢飃摘要是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器,在国防和民用领域有十分重要而广泛的应用前景。由于其具有体积小、重量轻、成本低、隐身性和可操作性好等特点,因而成为多种学科研究领域的新热点。论文围绕微型扑翼飞行器设计中仿生翼的~些关键技术与理论问题进行了研究和探索。针对鸟类与昆虫的扑翼飞行,分别研究了其飞行结构、飞行方式与飞行机理。研究表明生物的扑翼飞行方式是与其特有的飞行结构相适应的,而特定的飞行方式又产生不同的扑翼飞行机理,需要采取不周的研究手段与方法。文中建立了与扑翼飞行相关联的运动方程,方程包含了扑翼飞行器各个独立部分硖逵朊扛龀岚的惯性矩惯性积的所有变化,以及整个飞行器质量中心的位置变化。根据昆虫胸腔结构和扑翼运动的机理,设计了一种由两个线性驱动器驱动的微扑翼机构,通过解其运动方程模拟出满足昆虫翅尖各种运动轨迹的驱动力变化曲线。在扑翼飞行刚性运动方程的基础上建立了柔性扑翼的运动方程,用以计算柔性扑翼的非线性变形问题。昆虫翼在拍动时会产生显著的弯曲和扭转变形,这种柔性变形效应有可能对飞行的气动力增益、节能或增强稳定性等起重要作用,成为与扑翼方式相联系的另一个作用机制。据此提出了利用柔性翼在惯性力和气动力作用下的变形来实现扑翼、,翅翼扭转以及增大扑动角的构想。通过有限元计算证明了在设计好翼面形状与翅脉布局的同时选择合适的扑翼频率可以达到提出了微扑翼机构翅翼的共振激励放大驱动机理及其对翅翼的振动模态要求,并依据该机理用有限元方法研究了微扑翼飞行器的仿生翼的设计和优化问题。通过对各种仿昆虫翅翼的模态分析,总结出能够满足共振激励要求的翅翼外型和翅脉布局,建立了参数化的自定义仿生翼模型。在此基础上,以翅翼的展弦比和翅脉关键点的坐标为主要参数,使用有限元优化方法,对仿生翅翼的模态优化进行了初步探讨。用计算流体力学的数值模拟方法研究了微扑翼飞行器的扑翼飞行的非定常空气动力学问题。在对昆虫扑翼飞行运动的仿生模拟基础上,对实际可飞的微扑翼飞行器的扑翼运动建立了三维翼型的运动学与空气动力学模型。利用任意拉格此种目的。西北工业大学博士学位论文
简单扑翼布局所提供的升力足以克服微扑翼飞行器本身的重力使其飞行。在此基础上,分别计算并分析了拍动幅值、俯仰幅度以及扑翼频率等各种扑翼参数对升对柔性扑翼的流固耦合问题进行了初步研究与探讨。针对实际研制的扑翼特性的影响。为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据。基于仿生学原理,提出了微小扑翼飞行器的刚性翼与柔性翼的设计方案,设计制作出了能够飞行的微扑翼飞行器。针对两种扑翼在专门的低雷诺数试验风洞中进行了扑翼的升力风洞试验,对刚性扑翼与柔性扑翼的升力性能进行了对比,好。另外通过试验测试探讨了扑翼频率、飞行速度以及扑翼的迎角对扑翼飞行升关键词:扑翼:微型飞行器;仿生;柔性扑翼;模态优化:数值模拟:流固耦合朗日欧拉邢拊7椒ㄇ蠼獬鯪..匠痰氖到猓っ力的影响。⑵涠娜嵝云艘砟P停⒎治隽肆鞴恬詈媳湫魏投云艘砟P推并分析了优劣的原因。试验证明在低雷诺数条件下柔性扑翼的性能比刚性扑翼要力的影响,同时还分析了扑翼升力的组成部分以及梗互关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。风洞试验西北工业大学博士学位论文摘要Ⅱ
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丝婚教师签名:‘事俺剖觅卿辏氯缛西北工业大学业学位论文知识产权声明书西北工业大学刀一辏碌度学位论文原创性声明冢辏本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保蟹并向国家有关趣￡蚧顾徒宦畚牡母印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制乏伪4婧突惚啾狙宦畚摹同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章⋯律注明作者单位为西北工业保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名秉承学校严谨的学风和优良舶科学道德,本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知