仿生微扑翼飞行器的翅翼设计与优化

提出了微扑翼机构翅翼的共振激励放大驱动机理及其对翅翼的振动模态要求,并依据该机理用有限元方法研究了微扑翼飞行器的仿生翼设计和优化问题。通过对3种仿昆虫翅翼的模态分析,总结出能够满足共振激励要求的翅翼外型和翅脉布局,建立了参数化的自定义仿生翼模型。在此基础上,以翅翼的展弦比和翅脉关键点的坐标为主要参数,使用有限元优化方法,对仿生翅翼的模态优化进行了初步探讨。文中的建模、分析方法和结论对微扑翼飞行器的分析、设计和应用提供了一定的理论依据。     

基于TRIZ理论的微扑翼飞行器翅翼运动的规划

为了产生使微扑翼飞行器上升的升力,翅翼在下拍时的面积要尽可能大,而上拍时要尽可能小。针对这种物理矛盾,应用TRIZ理论的动态法,提出了近30种翅翼运动规划方案,其中许多是不曾采用过的。为新的翅翼驱动机构的设计提供了一定的基础。     

仿鸟扑翼飞行器扑翼机构的设计及运动仿真

为完成仿鹰鸟飞行器扑翼机构设计,首先给出鹰鸟飞行的参数,接下来选取飞行器的扑翼机构,并进行了尺寸计算,最后进行三维建模,并实现运动仿真,结果表明仿真数据与鹰鸟飞行参数一致,验证了机构设计及尺寸计算的正确性。     

仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究现状及展望

随着仿生扑翼飞行器的微型化，当扑翼飞行器达到昆虫置级的时候，任何复杂的运动系统都将面临难以实现的问题，翅翼的驱动方式也将面临新的挑战。本文从仿生飞行的历史与现状出发，论述了国内、外各类仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究状况。基于将昆翅视为柔性翅的观点，提出了仿生扑翼飞行器未来的研究前景翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的发展趋势之一。     

仿生扑翼飞行器扑翼驱动机构的设计探讨

本文在简要介绍扑翼飞行器驱动特点及分类的基础上,就基于MEMS技术和基于连杆机构扑翼驱动的机构设计进行了分析比较,探讨了扑翼驱动机构的实现途径和方法。     

微扑翼飞行器总体设计及实验

提出了适合工程实际的微扑翼飞行器的设计方法.利用几何相似原理,拟合了以翼展为基本参数的仿生公式,并确定了飞行参数、结构参数和动力参数.根据初步的仿生设计结果,进行传动结构、翅翼尾翼等总体结构设计,并按照运动学分析、气动力分析、动力学分析相结合的动态分析方法研究了扑翼样机理论上产生的升力.与风洞实验结果比较表明,平均升力误差为0.61 g,基本满足设计要求,为微扑翼飞行器的研制提供了理论和实验依据.     

微扑翼飞行器的尺度律研究与仿生设计

通过分析飞行动物扑翼飞行中的各种物理参量对飞行特性的影响,得出了能为微扑翼飞行器设计所利用的规律。根据几何相似原理,利用基于量纲的尺度分析从本质上揭示了扑翼飞行中各种物理参量之间的相互联系。分析发现,几何尺度对微扑翼飞行器在翼展、翼面积、翼载荷、展弦比和扑翼频率等总体设计参数的影响趋势和对飞行动物相应物理量的影响趋势一致,但在具体量值上有所差异。根据扑翼飞行动物统计分析得到的尺度律设计并制作出了实际可飞的微扑翼飞行器。     

有限刚体元方法在微扑翼飞行器翅翼动力分析中的应用

仿生微扑翼飞行器的翅翼具有较大的柔性,并有较大的变形。寻求一种翅翼动力分析的方便、有效的方法是翅翼机构设计和分析的关键问题之一。将有限刚体元(Rigid Finite Element)方法应用于翅翼的动力分析,包括一般有限刚体元方法和改进的有限刚体元方法。研究表明,当翅翼的分段数目达到一定数目的时候,有限刚体元方法的计算结果与采用有限元方法的计算结果相差不大,而前者具有简单、方便、省时的优点。     

基于半转机构的扑翼飞行器的设计

针对国内外现有飞行器的发展现状,设计了一款旋转式扑翼仿生飞行器。该飞行器采用半转机构来模拟鸟类飞行,使飞行器能够产生很高的升力。介绍了设计的总体方案和工作原理,详细设计了飞行器的机械结构和控制装置,运用了UG软件对飞行器三维建模、虚拟装配和运动仿真,对制造实物提供了有用的研究价值。     

一种攻角可调的双段翼仿生扑翼飞行器设计

基于机械设计技术与仿生学原理及空气动力学原理设计出一种可调节攻角的仿生双段翼扑翼飞行器.以无刷直流电机作为原动机,经过三级直齿轮减速器减速后,带动曲柄摇杆机构实现扑动动作,通过翅骨架上的舵机并配合各种传感器可在飞行过程中实时调节攻角.该仿生扑翼飞行器可以集起飞、加速、滑翔降落等飞行方式于一体,飞行方式灵活,仿真度高,隐...     

多学科设计优化方法及其在微型飞行器设计中的应用

微型飞行器是复杂的微机电系统,研究涉及微机械设计,微结构力学,微动力学,微流体力学,微气体动力学,微热学,微摩擦学,电子控制等多个学科,阐述了多学科设计优化方法的基本思想,综合考虑了微型飞行器设计在推力,重量,控制,通讯导航等方面的限制要求,探讨了该方法在微型飞行器设计中的应用,并给出了初步应用范例。     

基于数学形态学的8字形连杆曲线特征的研究

采用数学形态学图象分析处理的方法,对8字形连杆曲线进行了深入研究,发现了8字形连杆曲线形状谱的一些重要特征。在计算实践,发现现有的相似度计算公式不能很好地区别不同形状的8字形连杆曲线。针对现有相似度计算公式在区别不同8字形连杆曲线上存在的问题,提出了8字形连杆曲线扭曲角的新概念,对相似度计算公式进行了修改,最后用更多的实例验证了修正公式的有效性。     

机器鸟扑翼仿生机构研究

通过对鸟类翅膀的生理结构和运动特征的分析,分别从扑翼鸟的翅膀骨骼机构和飞行中翅膀运动规律两个仿生学角度设计了鸟类翅膀的驱动平面机构。并利用机构设计软件SAM6.0对其进行了运动学的仿真,仿真效果优异,从而为仿生大型鸟类机体设计提供了参考     

用于微型飞行器的高转速超声电机

为了探索和实现超声电机在微型飞行器领域的应用,提出了一种微型高转速超声电机。该电机利用定子的面外弯曲振动模态,依靠接触摩擦驱动转子旋转,进而带动与之固连的旋翼高速运转。定子主体由基板和碳纤维管组合而成,碳纤维管竖直安置于基板中心,具有放大定子基板振幅的作用,碳纤维管的两端锥面作为电机的驱动面来驱使转子旋转,激励原件为四分区的环状压电陶瓷。利用有限元软件Ansys15.0对电机定子有限元模型进行了分析,并对电机尺寸进行了优化,确定了定子的工作模式并模拟了定子驱动端面质点的三维运动轨迹。实验样机的机械特性实验结果表明,在驱动频率为30.9kHz、电压为350V_(p-p)激励信号下,电机最大转速可达到5 520r/min,产生的最大升力达到14mN。结果表明,该超声电机具有高转速、高稳定性的特点,为进一步应用于微型飞行器奠定了基础。     

两自由度微扑翼飞行器升阻力系数分析

在微型扑翼飞行器的分析和结构设计中,翅翼运动所产生的升阻力系数具有重要的研究意义。运用CFD分析软件Fluent以及三维建模软件对所设计的两自由度扑翼飞行器结构进行了仿真研究,研究结果显示升阻力系数在不同的运动模式下是有明显差异的,对比翅翼单一沉浮运动时的升阻力系数和基于凸轮机构沉浮加俯仰运动时的升阻力系数,结果表明后者可获得更大的升力系数和更小的阻力系数,更加有利于飞行,为实物的研制提供了依据。     

空气捻接器凸轮过渡曲线运动特性分析

针对空气捻接器中凸轮因过渡曲线形式导致振动、冲击和噪声等问题,对不同形式的凸轮过渡曲线运动特性进行了分析。采用平面展开法,建立过渡曲线坐标系,归纳出圆弧式、抛物线式和五次多项式3种形式的过渡曲线,并探究凸轮半径R0、动程s和过渡角θ对过渡曲线位移、类速度和类加速度的影响。研究结果表明:圆弧过渡曲线、抛物线过渡曲线将会在曲线端点处产生柔性冲击;五次多项式过渡曲线可以通过选择适当的参数值,避免柔性冲击。     

仿生微扑翼机构的设计与机电耦合特性研究

根据昆虫扑翼飞行的原理，设计了一种基于昆虫胸腔式结构的静电驱动微扑翼机构。根据驱动机构的物理模型建立了机电耦合系统的非线性动力学模型，应用数值方法研究了系统在常值电压激励下的动态响应；在相空间中分析了系统的非线性动态特性，研究了阻尼和初值对系统动态特性的影响；讨论了系统在正弦激励电压信号下的响应。研究结论对微扑翼驱动机构的设计、制作和应用提供了一定的理论依据，对于其他静电驱动的微机电系统亦有一定的参考价值。     

仿生扑翼飞行器驱动机构运转速度波动对比研究

以Delaware大学研制的"Sparrow"MAV(Micro Air Vehicle)扑翼机构为基础进行分析,由于扑翼机构在进行运转的过程中,翅翼等机构本身存在的惯性作用,以及气动力随时间的周期性波动,容易导致电机的运转速度会产生一定的波动,而电机速度波动的大小将直接影响机构各运动副处的振动冲击力,从而影响机构的使...     

两自由度扑翼机构及其运动仿真研究

分析了昆虫的扑翼机理,探讨了不同类型扑翼机构的特点,在此基础上设计了以单一驱动器作为动力源的两自由度扑翼机构,并进行了运动仿真,仿真结果表明扑翼机构能实现飞行所需的拍动和转动。