仿生微扑翼飞行器扑翼机构的设计及其动态模拟和分析

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微扑翼飞行器在民用领域和军事领域有着广阔的应用前景,越来越受到研究人员的重视。本文研究的是微扑翼驱动机构的设计及其动态分析和模拟,旨在设计出高效、可靠、重量轻的扑翼机构,力求提高微型飞行器的飞行性能,扩大其应用领域。本论文的主要内容包括:提出了一种机构的设计方案,用于模仿鹰蛾翅翼的运动。翅翼的运动包括拍打和旋转。扑翼机构由齿轮五杆机构和摇块机构组成,其中齿轮五杆机构部分实现翼尖的“8”字轨迹运动,而摇块机构部分实现翅翼的旋转运动。并研究了扑翼机构各参数变化对机构运动轨迹的影响,归纳总结出一些规律,从而为选择出合适的机构参数提供了依据。采用基于优化的机构设计(optimization-based mechanism synthesis,OBMS)方法对仿生微扑翼机构进行优化综合设计,确定出各杆件参数和运动参数。然后利用Pro/E软件来对扑翼机构进行运动仿真分析,模拟机构的运动过程,仿真结果与设计要求基本吻合,验证了机构的可行性。通过尺度律分析初步确定仿生翼的基本参数。运用Gambit,Fluent和C语言相结合,对悬停情况下的仿生翼进行非稳态空气动力学模拟,分析了扑翼拍打频率与升力之间的关系,确定出使飞行器能够悬停在空中的拍打频率。基于Pro/E对悬停情况下的微扑翼机构进行系统动力学分析,研究、分析了运动副约束反力的变化,为选择和设计轴承、零件强度的计算等提供了理论依据。
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