仿鹰扑翼飞行器设计及多飞行模式的实现

现有仿生扑翼飞行器大多针对单一飞行模式进行设计与研究,无法实现复杂多变的飞行姿态。文中根据鹰的飞行特性,以空间RSSR机构和多连杆机构为出发点,设计了一种扑动-折叠-扭转的仿鹰扑翼机构,以实现多飞行模式。首先,通过鹰的仿生学研究,根据总体设计目标提出多飞行模式扑翼飞行器功能设计要求;其次,基于XFLR5建立了多飞行模式扑翼的气动力模型,分析了起飞、巡航、降落3种典型飞行模式下的翅翼气动力的变化规律;最后,根据飞行参数建立了机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑翼在不同飞行模式下的运动变化规律及翼尖轨迹曲线。证明该扑翼机构具有良好的仿生运动特性和气动特性,为多飞行模式微型扑翼飞行器提供了设计参考。     

仿昆虫柔性翼的空间柔度及模态特征设计

仿生扑翼飞行机器人具有体积小、重量轻、飞行灵活等特点,目前微型飞行机器人研究的热点领域之一。在昆虫飞行仿生学原理研究的基础上,提取出昆虫翅翼的主要结构特征,分别建立了蝴蝶、黄蜂、家蝇翅翼结构的有限元模型。通过静力学分析,研究了昆虫翅翼的整体空间柔度分布规律及其与飞行中翅翼柔性变形之间的联系。通过模态分析研究了翅翼的固有频率及振型与扑翼运动规律之间的关系。在此基础上,提出一种综合考虑空间柔度分布及模态特性的仿生柔性翼优化设计方法,为仿生扑翼飞行机器人的翅翼研制提供了理论指导。     

柔性空间扑翼机构的刚柔耦合动力特性分析

针对目前扑翼驱动机构无法以简单结构实现复杂仿生运动问题,由空间四杆机构出发,引入柔性杆件设计思路,设计了一种柔性空间扑翼驱动机构。在单驱动条件下,实现了翅翼的扑动-扭转-挥摆耦合运动。建立了机构的运动学和气动力计算模型,求解了机构在运动过程中扑动角、扭转角、挥摆角以及翅翼所受的气动力变化。根据机构特性,在Adams中建立了考虑动力学特性与机构强度的刚柔耦合模型,分析了机构的运动轨迹、运动特性及柔性杆件的应力变化情况。结果表明,该驱动机构具有运动对称性与稳定性,翅翼实现了扑动-扭转-挥摆的耦合仿生运动,同时又满足了柔性机构的强度设计要求。