扑翼飞行器的机构 扑翼式飞行器的驱动机构研究

2017-05-04 - 科技与创新

【摘要】:仿生扑翼飞行器的机动灵活性很好,而且有很高的升阻比,所以在微型化和节能方面较固定翼和旋翼飞行器有很大的优势。目前对于仿生扑翼飞行器的驱动机构研究,多采用齿轮机构和四杆机构,可实现翼尖的“8”字型运动轨迹。

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结合尾翼的调节,飞行器还能完成前进、转弯和升降的动作。但是在进行无人搜救、事故现场勘察过程中,遇到特殊情况需要仔细观察时,就需要飞行器可以完成悬停和后退的动作。这也是本文的研究出发点,研究设计一种驱动机构可以实现飞行器的悬停和后退动作。

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通过研究仿生扑翼飞行器的各种驱动方式、传动机构和翅翼类别,确定了驱动机构的研究与设计基础;对鸟类和昆虫的飞行特征及机理进行研究,并根据仿生学公式计算出了飞行器翼展、翼面面积、振翅频率等结构参数;根据振翅频率选择电机型号、对传动系统进行设计;在CFD环境下建立了扑翼飞行器翅翼模型,对翅翼进行空气动力学仿真分析。

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在翅翼扭转结构的设计过程中,对飞行器的“8”字型运动机构进行详细的研究与分析,结合运动机构所存在的不足,并且提出了单独实现翅翼扭转运动的传动机构。

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采用曲柄摇杆机构设计了一种机翼尾部可滑动调节的拉杆机构;采用滑槽结构设计了一种翅翼前端可转动的转杆机构;采用解析法对扭转机构做了位置分析:并使用Pro/E对扭转机构进行仿真验证实验;使用MATLAB对扭转机构进行优化设计;最后对传统仿生扑翼飞行器的控制系统进行分析,从人工控制和自主控制两个方面对飞行器的飞行策略和运动控制进行研究,给出了飞行器飞行控制系统结构框图,通过对扭转舵机的调节可以实现翅翼的扭转、改变攻角,实现飞行器的悬停及后退动作。

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【关键词】:扑翼飞行器 驱动机构 空气动力学模型 翅翼攻角 【学位授予单位】:西安工业大学 【学位级别】:硕士 【学位授予年份】:2015 【分类号】:V276 【目录】: 摘要3-4Abstract4-91 绪论9-171.

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1 引言9-111.2 微型飞行器的研究现状11-161.2.1 微型固定翼飞行器研究现状11-121.2.2 微型旋翼飞行器研究现状12-131.2.3 微型扑翼飞行器研究现状13-161.

3 课题研究的主要内容16-172 仿生扑翼飞行器驱动机构总体方案研究17-242.1 仿生扑翼飞行器拍打运动传动机构研究17-192.1.1 单曲柄摇杆传动机构17-182.1.

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2 双曲柄摇杆传动机构182.1.3 空间曲柄摇杆机构182.1.4 传动机构选型18-192.2 仿生扑翼飞行器驱动方式研究19-222.2.1 压电驱动192.2.2 电磁驱动19-202.2.

3 形状记忆合金驱动202.2.4 人造肌肉驱动20-212.2.5 微马达驱动212.2.6 驱动方式选型21-222.3 仿生扑翼飞行器翅翼研究22-232.3.1 刚性仿生翼222.3.2 柔性仿生翼22-232.

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4 本章小结23-243 仿生扑翼飞行器结构参数设计24-303.1 飞行机理研究24-273.1.1 鸟类飞行特征研究24-253.1.2 昆虫飞行特征研究25-273.1.3 鸟类与昆虫扑翼飞行差异273.

2 仿生扑翼飞行器翅翼设计27-283.2.1 仿生学公式273.2.2 基于仿生学公式的参数估计27-283.3 翅翼设计28-293.4 传动系统设计293.5 本章小结29-304 仿生扑翼飞行器空气动力学研究30-334.

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1 空气动力模型分析30-314.2 基于CFD的空气动力学仿真31-324.3 本章小结32-335 仿生扑冀飞行器扭转机构研究33-505.

1 “8”字型运动机构33-355.2 单独实现扭转的传动机构35-375.2.1 交叉式仿生扑翼飞行器翅翼运动机构35-365.2.2 可分离角度差方式工作的扭转机构Ⅰ365.2.3 可分离角度差方式工作的扭转机构Ⅱ36-375.

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3 翅翼扭转机构设计37-445.3.1 机构原理设计37-385.3.2 机构详细设计38-405.3.3 翅翼扭转机构的位置分析40-415.3.4 仿真与分析41-445.

4 扭转机构优化设计44-495.4.1 MATLAB语言及优化工具箱445.4.2 用MATLAB优化设计扭转机构44-495.5 本章小结49-506 仿生扑翼飞行器飞行策略研究50-546.

1 仿生扑翼飞行器系统构成506.2 传统仿生扑翼飞行器的控制50-516.3 可单独实现扭转运动的仿生扑翼飞行器运动控制51-536.3.1 人工控制模块51-526.3.2 自主控制模块52-536.4 本章小结53-547 结论与展望54-557.1 结论547.2 展望54-55参考文献55-59攻读硕士学位期间发表的论文59-60致谢60-62

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