在所有飛行模式中,撲翼飛行模式具有其特殊優(yōu)點(diǎn):翅膀撲動(dòng)過(guò)程,同時(shí)提供升力和推力,翅膀運(yùn)動(dòng)可以完美的把升力和推力結(jié)合在一起,能量利用率高。鳥類飛行時(shí)可以感知周圍空氣氣流方向,利用上升氣流,實(shí)現(xiàn)滑翔飛翔。仿生撲翼飛行器設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于大自然飛行生物采用的飛行方式,需要輕質(zhì)強(qiáng)度高材料、微型機(jī)電控制系統(tǒng)、靈活可靠的撲動(dòng)機(jī)構(gòu)等多學(xué)科知識(shí)結(jié)合一體飛行器。因?yàn)榉律鷵湟盹w行器隱蔽性能好、可以小范圍起飛降落、在軍用和民用方面都有一定商業(yè)價(jià)值。所以本論文利用仿生學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)一款單關(guān)節(jié)撲動(dòng)的仿生撲翼機(jī)。首先,通過(guò)查閱仿生撲翼飛行器研究相關(guān)論文資料,對(duì)仿生撲翼飛行器設(shè)計(jì)研發(fā)具有一定整體概念,同時(shí)了解到仿生撲翼飛行器在國(guó)內(nèi)外發(fā)展所達(dá)到的技術(shù)程度。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)仿生撲翼機(jī)設(shè)計(jì)具有一定挑戰(zhàn)性,初步確定整片論文設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容。然后,結(jié)合生物仿生學(xué)知識(shí),以自然界飛行鳥類為仿生設(shè)計(jì)藍(lán)本,剖析其可以飛行的奧秘。經(jīng)過(guò)對(duì)比,總結(jié)出鳥類其自身身體構(gòu)造特點(diǎn)使其具有靈活的飛行本領(lǐng)。同時(shí)為論文后期開(kāi)展仿生撲翼機(jī)設(shè)計(jì)提供減重、減阻、增升等一些方法參考。其次,本論文針對(duì)小體積的仿生撲翼機(jī)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,以鴿子為參考設(shè)計(jì)藍(lán)本。在整個(gè)仿生撲翼機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中,主要內(nèi)容有:雙翅撲動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、尾翼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、航電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整體蒙皮外觀設(shè)計(jì)。對(duì)該仿生撲翼機(jī)重要撲動(dòng)機(jī)構(gòu)建立的數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程模型,用ADAMS虛擬樣機(jī)仿真軟件對(duì)其進(jìn)行仿真分析。最后,利用上面設(shè)計(jì)結(jié)果,整體裝配仿生撲翼機(jī)三維數(shù)模,并對(duì)該撲翼機(jī)進(jìn)行渲染設(shè)計(jì)和相關(guān)重要零件繪制加工CAD圖。
【學(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V276
【部分圖文】：

圖 1-1 微型蝙蝠撲翼機(jī)——MicrobatFig 1-1 Miniature Bat Flapping Wing ircraft——Microbat國(guó)外的專家詳細(xì)分析自然界飛行生物發(fā)現(xiàn)：昆蟲在上下?lián)鋭?dòng)雙翅的時(shí)候均可以產(chǎn)生升力，即可讓其具有空中懸停的特點(diǎn)。自然界所有可以持續(xù)飛行的物種中，能夠?qū)崿F(xiàn)懸停不動(dòng)飛行的只有昆蟲和蜂鳥（其他鳥兒不能懸停）。自然界的昆蟲可以實(shí)現(xiàn)懸停飛行主要是其產(chǎn)生的升力在雙翅的撲動(dòng)過(guò)程都可以產(chǎn)生，即上下?lián)鋭?dòng)翅膀各產(chǎn)生一半的升力。鳥類運(yùn)動(dòng)中只有在雙翅向下?lián)鋭?dòng)才產(chǎn)生向上的正升力，當(dāng)雙翅向上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生向下的負(fù)升力，不利于其滯空飛行。為啥鳥類和昆蟲的飛行產(chǎn)生升力的機(jī)制會(huì)有這么大的差異，其產(chǎn)生差異的原因?yàn)椋猴w鳥的雙翅往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)候，雙翅不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)，而昆蟲的雙翅往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，撲動(dòng)到上下極限位置，雙翅產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)變形，使雙翅的迎風(fēng)面不變，即可持續(xù)產(chǎn)生升力。因?yàn)槔ハx飛行具有其特殊優(yōu)勢(shì)，美國(guó)一所大學(xué)的研究學(xué)者設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款小巧仿生撲翼機(jī)“Entomopters”。該飛行器利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量提供飛行的動(dòng)力，飛行時(shí)可懸停。由于其動(dòng)力源采用化學(xué)肌肉，可以減小很多結(jié)構(gòu)空間，使得“Entomopter”結(jié)構(gòu)緊湊，并有較高的能量釋放率[12、13]。如圖 1-2 所示為微型仿生撲翼機(jī)“Entomopters”樣機(jī)模型，因?yàn)榍熬墱u效應(yīng)，當(dāng)快速撲動(dòng)雙翅時(shí)，可

Fig 1-1 Miniature Bat Flapping Wing ircraft——Microbat國(guó)外的專家詳細(xì)分析自然界飛行生物發(fā)現(xiàn)：昆蟲在上下?lián)鋭?dòng)雙翅的時(shí)候均可升力，即可讓其具有空中懸停的特點(diǎn)。自然界所有可以持續(xù)飛行的物種中，能夠停不動(dòng)飛行的只有昆蟲和蜂鳥（其他鳥兒不能懸停）。自然界的昆蟲可以實(shí)現(xiàn)懸主要是其產(chǎn)生的升力在雙翅的撲動(dòng)過(guò)程都可以產(chǎn)生，即上下?lián)鋭?dòng)翅膀各產(chǎn)生一力。鳥類運(yùn)動(dòng)中只有在雙翅向下?lián)鋭?dòng)才產(chǎn)生向上的正升力，當(dāng)雙翅向上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)的負(fù)升力，不利于其滯空飛行。為啥鳥類和昆蟲的飛行產(chǎn)生升力的機(jī)制會(huì)有這差異，其產(chǎn)生差異的原因?yàn)椋猴w鳥的雙翅往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)候，雙翅不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈，而昆蟲的雙翅往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，撲動(dòng)到上下極限位置，雙翅產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)變雙翅的迎風(fēng)面不變，即可持續(xù)產(chǎn)生升力。因?yàn)槔ハx飛行具有其特殊優(yōu)勢(shì)，美國(guó)一的研究學(xué)者設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款小巧仿生撲翼機(jī)“Entomopters”。該飛行器利用化學(xué)生能量提供飛行的動(dòng)力，飛行時(shí)可懸停。由于其動(dòng)力源采用化學(xué)肌肉，可以減小構(gòu)空間，使得“Entomopter”結(jié)構(gòu)緊湊，并有較高的能量釋放率[12、13]。如圖 1-2 微型仿生撲翼機(jī)“Entomopters”樣機(jī)模型，因?yàn)榍熬墱u效應(yīng)，當(dāng)快速撲動(dòng)雙翅時(shí)產(chǎn)生高升力，所以研究學(xué)者打算把該仿生撲翼機(jī)在空氣稀薄的火星表面飛行。

聰明鳥
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本文編號(hào)：2867143