【摘要】：仿生撲翼飛行器是模擬鳥類、蝙蝠和昆蟲等自然生物飛行姿態(tài)的一類飛行器。由于撲翼飛行相對旋翼和固定翼有著顯著優(yōu)點,故撲翼飛行器在許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外對撲翼飛行器的研究仍然集中在單段和兩段式剛性翼樣機方面,往往忽略大鳥飛行時內(nèi)翼的扭轉(zhuǎn)運動,導(dǎo)致樣機氣動性能較差。針對此種狀況,本文設(shè)計了一種兩段式仿鳥柔性撲翼飛行器,可以在展向和內(nèi)外翼弦向上進行兩個自由度的運動,設(shè)計制作了撲翼樣機,進行了相應(yīng)的實驗研究。為了設(shè)計出仿生性能優(yōu)越的撲翼飛行器,本文對大鳥如海鷗等的飛行機理進行了研究,分析了大型鳥類的翅膀構(gòu)造和鳥類飛行時的運動和受力情況,明確了設(shè)計要求。建立了不同鳥類飛行參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出了樣機的整體設(shè)計方案,包括撲動方案、傳動方案和尾翼方案。鑒于仿生撲翼飛行器的核心運動是其撲動機構(gòu)實現(xiàn)的,在確定了撲動方案和撲翼樣機的外形參數(shù)基礎(chǔ)上,對撲動機構(gòu)進行了尺寸設(shè)計。建立了機構(gòu)運動學(xué)方程,直觀的分析了撲動機構(gòu)的角位移、角速度和角加速度的變化特性。利用條帶理論估算了撲翼樣機的氣動力,對撲動機構(gòu)進行了三維建模和動力學(xué)仿真分析,得到了撲動機構(gòu)各個鉸點的受力情況,保證了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度�；趽鋭訖C構(gòu)的尺寸設(shè)計,對撲翼樣機進行了整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并對樣機進行了加工制作。在撲動方案確定的基礎(chǔ)上,對撲動機構(gòu)進行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括內(nèi)外翼之間的連接方式等;對撲翼樣機的內(nèi)外翼扭轉(zhuǎn)機構(gòu)、翼型和尾翼進行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計;對各個部件選擇合適的材料進行了零件加工,對撲翼樣機進行裝配成型。為了得到設(shè)計的撲翼樣機的氣動力特性,設(shè)計了具體的實驗方案進行樣機的氣動力測試。根據(jù)之前估算的氣動力和動力學(xué)仿真分析,選擇了合適量程的傳感器,設(shè)計對應(yīng)的實驗平臺;在不同條件下,采集了兩段式柔性仿鳥撲翼樣機產(chǎn)生的氣動力數(shù)據(jù),分析其升推力隨條件變化而產(chǎn)生的變化趨勢。重點比較了內(nèi)翼扭轉(zhuǎn)運動對樣機氣動性能的影響。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的真實姿態(tài)，增強樣機飛行時的穩(wěn)定性。從而為研制出的撲翼飛行器提供有意義的參考。外研究現(xiàn)狀外研究現(xiàn)狀十年，國外研究者在仿生撲翼樣機的仿昆和仿鳥方面都一般都是單段翅，其中“Microbat”是一種通過模仿蜜蜂的小型飛行器[10]，如圖 1-1 所示，其設(shè)計者對蜜蜂飛行行了深入的研究，最終研制成功了很小尺寸的撲動機構(gòu)推力，在之后進行的樣機試飛實驗中，該小型撲翼樣機

圖 1-1 仿鳥撲翼樣機 Microbat[10]在柔性撲動機構(gòu)方面，，國外研究者提出了一種線性彈簧作為彈性儲能單能量儲存機制[11,12]。如圖 1-2 a)所示，當(dāng)一個翅膀接近一次上升沖程結(jié)束時個線性彈簧被充分拉伸，翅膀的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能。在隨后的下程中，儲存的彈性勢能被釋放。圖 1-2 b)是另一種解決方案，采用的是用扭力彈簧來連接搖臂和機翼。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V276

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本文編號：2694449