本文關(guān)鍵詞：基于金龜子后翅的仿生可折疊翼研究

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【摘要】：微型飛行器(Micro Air vehicle,簡稱MAV)具有尺寸小,易攜帶,操作性好,隱蔽性強的特點,其在執(zhí)行狹小空間或復(fù)雜地形條件下的任務(wù)時具有其它飛行器無法比擬的優(yōu)勢。隨著尺寸的進(jìn)一步縮小,撲翼型MAV在機動性、推進(jìn)效率以及氣動性能等方面表現(xiàn)出了更為明顯優(yōu)勢,這使其成為MAV未來發(fā)展的重要方向。為了降低重量,MAV的撲翼必須足夠輕盈,因此目前面世的撲翼型MAV都采用了類似昆蟲翅膀的膜結(jié)構(gòu)撲翼,然而這種撲翼翼展較大、極易損壞。金龜子在不飛行時可將其膜質(zhì)后翅折疊收攏于鞘翅之下,而在需要飛行時才將后翅展開。它的這一特性使其同時具備了優(yōu)異的飛行能力和良好的環(huán)境適應(yīng)性。受金龜子的啟發(fā),本文設(shè)計了一款用于撲翼型MAV的新型可折疊撲翼。這種撲翼在飛行時可以展開以獲得足夠的升力,在不需要飛行時可以折疊起來,以減小機翼的面積,降低機翼受損風(fēng)險。本論文在前人的研究基礎(chǔ)上分析了金龜子后翅的折疊/展開過程及機理,并利用SkyScan1176-活體顯微CT對金龜子扁鋸顎鍬甲后翅的不同展開狀態(tài)進(jìn)行了掃描和三維重建,研究了金龜子后翅在展開過程中的形態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)金龜子后翅的展開過程分為兩個階段,第一階段內(nèi)其形態(tài)變化主要表現(xiàn)為翅尖部分繞翅膀中部呈扇形展開,第二階段主要進(jìn)行縱向展開。研究還發(fā)現(xiàn),在金龜子后翅展開過程中,整個翅膀由一個復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)逐漸展開成平面結(jié)構(gòu)。本論文根據(jù)金龜子后翅展開的液壓作用機理,結(jié)合金龜子后翅在折疊/展開過程中的形態(tài)變化設(shè)計了一種基于液壓驅(qū)動的仿生可折疊翼,并研究了仿生可折疊翼液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓強隨溫度變化的關(guān)系,研究結(jié)果表明隨著溫度的升高,液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓強呈增大趨勢,從理論上證明了設(shè)計方案的可行性;為了進(jìn)一步驗證設(shè)計方案的可行性,本論文根據(jù)設(shè)計方案制做了試驗樣機,雖然試驗結(jié)果與預(yù)期存在較大差異,但樣機表現(xiàn)出了明顯的展開趨勢,從而進(jìn)一步證明了設(shè)計方案的可行性。論文分析了試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差的原因。論文對仿生可折疊翼進(jìn)行了受力分析,研究發(fā)現(xiàn)仿生翼在正、反兩面加載下的應(yīng)力分布和變形情況基本一致,但同仿照金龜子扁鋸顎鍬甲的后翅而建立的三維模型ModelΙ相比,其應(yīng)力分布以及變形情況存在較大差異,在承受相同載荷情況下,仿生翼的應(yīng)力應(yīng)變都比ModelΙ的小,從而證明了仿生可折疊翼的強度符合要求。綜上所述,本論文基于金龜子后翅的可折疊特性及液壓作用機理設(shè)計了一款用于撲翼型MAV的新型撲翼,并從理論和試驗角度證明了其可行性。本論文所做的研究工作對減小撲翼型MAV的攜帶尺寸,降低撲翼受損風(fēng)險,增加MAV的使用壽命具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：金龜子后翅 仿生 微型飛行器(MAV) 可折疊翼 液壓 展開
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 微型飛行器的研究背景10
• 1.2 微型飛行器的發(fā)展近況與趨勢10-12
• 1.3 仿生可折疊翼的研究意義12-13
• 1.4 仿生可折疊翼的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.4.1 記憶合金驅(qū)動的可折疊翼14-15
• 1.4.2 基于四桿機構(gòu)的仿生可折疊翼15-16
• 1.4.3 斯坦福大學(xué)的仿生可折疊翼16-17
• 1.5 本文研究內(nèi)容17-20
• 第2章 金龜子后翅折疊機理20-30
• 2.1 研究對象20-21
• 2.2 金龜子后翅的組成21-24
• 2.2.1 翅基21-22
• 2.2.2 翅脈22-23
• 2.2.3 翅膜23-24
• 2.3 翅脈的微觀結(jié)構(gòu)24-25
• 2.4 金龜子后翅的展開過程25-26
• 2.5 金龜子后翅的折疊過程26-27
• 2.6 金龜子后翅折疊/展開機理27-28
• 2.7 本章小結(jié)28-30
• 第3章 仿生可折疊翼設(shè)計30-44
• 3.1 后翅在折疊/展開過程中的形態(tài)變化30-33
• 3.1.1 試驗設(shè)備和方法30-32
• 3.1.2 試驗結(jié)果及分析32-33
• 3.2 仿生可折疊翼方案設(shè)計33-36
• 3.2.1 彈性系統(tǒng)方案設(shè)計34
• 3.2.2 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計34-35
• 3.2.3 液壓系統(tǒng)與彈性系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)35-36
• 3.3 仿生可折疊翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計36-40
• 3.3.1 仿生可折疊翼的翅脈布局36-37
• 3.3.2 仿生可折疊翼翅脈的主要幾何參數(shù)37-38
• 3.3.3 彈性鉸鏈設(shè)計38-40
• 3.4 其余設(shè)計參數(shù)40-43
• 3.4.1 彈力繩參數(shù)40-42
• 3.4.2 液壓液的相關(guān)參數(shù)42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 仿生可折疊翼分析44-54
• 4.1 仿生翼展開過程分析44-48
• 4.1.1 液壓液內(nèi)部的壓強變化44-47
• 4.1.2 仿生翼展開角隨溫度的變化關(guān)系47-48
• 4.2 仿生翼撲動時的應(yīng)力應(yīng)變分析48-50
• 4.3 不同的支撐結(jié)構(gòu)對撲翼的影響50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-54
• 第5章 樣機制作及試驗54-60
• 5.1 仿生可折疊翼翅脈加工54-55
• 5.2 樣機裝配55-56
• 5.3 折疊過程實現(xiàn)56-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第6章 總結(jié)與展望60-64
• 6.1 總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 作者簡介及碩士研究生期間所取得的科研成果70-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1017964