【摘 要】
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仿生扑翼飞行器是一种以自然界中的鸟类和昆虫为模仿对象的新型航空飞行器,相比于传统的固定翼及旋翼飞行器而言,仿生扑翼飞行器具有能量利用率高、机动性好、隐蔽性强的优点,尤其是其独特的仿生外形,使得其在军事领域和民用领域都有着广阔的应用前景。鸟类和昆虫的生理构造不同,造就了鸟类翅膀和昆虫翅膀有着不同的扑动模式。为了克服单段式仿生扑翼飞行器气动性能差的缺点,本文旨在以大中型鸟类为模仿对象设计一款具有“展开
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仿生扑翼飞行器是一种以自然界中的鸟类和昆虫为模仿对象的新型航空飞行器,相比于传统的固定翼及旋翼飞行器而言,仿生扑翼飞行器具有能量利用率高、机动性好、隐蔽性强的优点,尤其是其独特的仿生外形,使得其在军事领域和民用领域都有着广阔的应用前景。鸟类和昆虫的生理构造不同,造就了鸟类翅膀和昆虫翅膀有着不同的扑动模式。为了克服单段式仿生扑翼飞行器气动性能差的缺点,本文旨在以大中型鸟类为模仿对象设计一款具有“展开-折叠-扭转”耦合功能的多段式仿生扑翼飞行器。本文在对鸟类和昆虫的生理结构及飞行方式进行总结和研究,分析扑翼飞行升力及推力的产生机理的基础上,明确设计任务。为满足仿大中型鸟类的目标,对不同的驱动方式进行分析,选用常规的机械结构作驱动方式,采用双曲柄双摇杆机构作为驱动机构,通过优化改进,设计出“展开-折叠”机构,实现机翼的展开与折叠功能;设计了主动扭转机构,使得副翼可以在机翼扑动过程中进行扭转。对驱动机构进行整体设计,并采用软件ADAMS对其进行运动学分析,分析结果表明,所设计的驱动机构符合机械运动规律与设计要求。完成仿生扑翼飞行器的整体尺寸及内部构造设计,选择合适的动力与能量来源,设计齿轮减速组,改进机翼翼型,设计全动尾翼来控制方向,加工制作样机。采用ADAMS-XFlow联合仿真的方法,该方法能够使机翼较好地符合实际运动。本文气动仿真分析包括了在不同的扑动频率、来流速度、机身迎角、副翼扭转角下多段式仿生扑翼飞行器的气动特性。仿真结果显示:随着扑动频率的增加,升力系数和推力系数峰值都逐渐增大;随着来流速度的增大,升力系数及推力系数峰值逐渐减小;随着机身迎角的增大,升力峰值增大、推力峰值减小;随着副翼扭转角的增加,升力的最小值和推力的最大值都增大。
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