發(fā)布時(shí)間：2017-09-26 00:30

  本文關(guān)鍵詞：仿昆蟲微飛行器懸停氣動(dòng)力計(jì)算及實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著在民用和軍事方面不斷增加的需求,仿昆蟲微飛行器已經(jīng)引起了國(guó)際上的研究熱潮。目前,撲翼飛行的空氣動(dòng)力學(xué)原理研究還沒有完全成熟的體系,對(duì)昆蟲模型飛行控制方面的研究也還不多�；诖吮尘疤岢隽吮菊撐牡难芯�?jī)?nèi)容,主要包括兩個(gè)部分:一方面是對(duì)仿昆蟲微飛行器懸停狀態(tài)下三維撲翼運(yùn)動(dòng)的升阻力及力矩進(jìn)行計(jì)算分析;另一方面,搭建可用于仿昆蟲微飛行器姿態(tài)控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)平臺(tái)。在數(shù)值計(jì)算方面,本研究使用商用CFD(Computational Fluid Dynamic)軟件Fluent對(duì)不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下的三維單翼模型進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示,撲翼運(yùn)動(dòng)的升力主要受到于撲翼拍動(dòng)運(yùn)動(dòng)的影響。在懸停狀態(tài),撲翼對(duì)稱翻轉(zhuǎn)的情況下,改變拍動(dòng)幅值Φ,升力Fl隨著Φ的增大而增大。改變撲翼運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)攻角α?xí)r,主要影響升力Fl及繞Z軸的翻轉(zhuǎn)力矩Mz,其中Fl先隨著α的增大而增大,在攻角α達(dá)到約35-55°時(shí),升力Fl達(dá)到最大,此后Fl隨著α的增大而減小。此外,升力Fl還隨著拍動(dòng)頻率n的增大而增大。同時(shí)還給出了撲翼在前飛狀態(tài)下和懸停狀態(tài)下的氣動(dòng)力對(duì)比,結(jié)果顯示在前飛狀態(tài)下,下拍半個(gè)周期內(nèi)撲翼的升阻力幅值均大于懸停狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建方面,本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以水槽為基礎(chǔ)平臺(tái),通過實(shí)時(shí)采集昆蟲模型各姿態(tài)下的受力信息,計(jì)算得到昆蟲模型下一步姿態(tài)及目標(biāo)流速,再由主控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)昆蟲模型的姿態(tài)控制。本文主要基于Labview(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上力值采集以及同主控制器之間的數(shù)據(jù)通信工作。本論文給出了相應(yīng)的基本程序,力值采集基于UDP協(xié)議,數(shù)據(jù)通信通過串口實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過測(cè)試,本程序能夠有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及通信工作,實(shí)現(xiàn)了連接PC機(jī)與主控制器之間的通信控制功能。
【關(guān)鍵詞】：微飛行器 數(shù)值模擬 撲翼模型 Labview平臺(tái)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB17;V211
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 緒論14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.1.1 微飛行器介紹14-15
• 1.1.2 撲翼式微飛行器15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 飛行原理的研究16-18
• 1.2.2 飛行器制造研究18
• 1.2.3 微飛行器實(shí)驗(yàn)控制研究18
• 1.3 課題提出及主要內(nèi)容18-20
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 Fluent及計(jì)算方法介紹20-28
• 2.1 Fluent軟件簡(jiǎn)介20-22
• 2.1.1 動(dòng)網(wǎng)格介紹20-22
• 2.1.2 UDF介紹22
• 2.2 流體運(yùn)動(dòng)的控制方程22-23
• 2.3 控制方程離散化23-25
• 2.3.1 離散方法介紹23-24
• 2.3.2 離散格式24
• 2.3.3 求解方法24-25
• 2.4 湍流模型介紹及選擇25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3 三維單翼模型及運(yùn)動(dòng)方程的確定28-36
• 3.1 撲翼的幾何模型及其參數(shù)28-29
• 3.2 撲翼網(wǎng)格29-30
• 3.3 運(yùn)動(dòng)方程的確定30-35
• 3.3.1 坐標(biāo)系定義31
• 3.3.2 拍動(dòng)方程31-33
• 3.3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)方程33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 三維單翼計(jì)算結(jié)果及分析36-52
• 4.1 升阻力36-37
• 4.2 流場(chǎng)分析37-38
• 4.3 不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)升阻力及力矩的影響38-49
• 4.3.1 撲翼頻率的影響39-42
• 4.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)攻角的影響42-46
• 4.3.3 撲翼拍動(dòng)幅角的影響46-49
• 4.4 前飛狀態(tài)下的升阻力49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 昆蟲模型實(shí)驗(yàn)控制設(shè)計(jì)52-65
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹52-54
• 5.2 數(shù)據(jù)采集54-60
• 5.2.1 六維力傳感器54
• 5.2.2 Labview簡(jiǎn)介54-55
• 5.2.3 Nano17介紹及其數(shù)據(jù)讀取55-57
• 5.2.4 通過labview實(shí)現(xiàn)基于UDP通信方式對(duì)Nano17的數(shù)據(jù)讀取57-60
• 5.3 通信控制60-64
• 5.3.1 通信程序61-62
• 5.3.2 通信協(xié)議62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 6 總結(jié)與展望65-66
• 6.1 研究工作總結(jié)65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 作者簡(jiǎn)介69

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本文編號(hào)：920483