小型仿生扑翼飞行器关键技术研究

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1、分类号：V276密级：公开UDC：621编号：15-085201-21M河北工业大学硕士学位论文小型仿生扑翼飞行器关键技术研究论文作者：张宇星学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：李铁军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringKEYTECHNOLOGIESRESEARCHOFSMALLBIONICORNITHOPTER(FLAPPING-WINGAIRCRAFT)b

2、yZhangYuxingSupervisor:Prof.LiTiejunMarch2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影

3、印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要小型仿生扑翼飞行器是一种模仿飞行生物通过扑翼方式获得飞行能力的复杂机电系统。小型仿生扑翼飞行器的研究以仿生学为基础，依赖多学科的共同发展和创新。本文围绕小型仿生扑翼飞行器的若干问题进行了研究。论文回顾了小型仿生扑翼飞行器产生的历史背景和发展进程，较全面

4、地论述了小型仿生扑翼飞行器的基本特征、应用前景和科研价值，提出了小型仿生扑翼飞行器研究的关键点，明确了课题研究方向和内容。仿生是小型仿生扑翼飞行器设计的前提，论文对飞行生物的几何特征、物理参数等数据进行了基于生物学和统计学的分析，指出了影响扑翼飞行性能的因素，并采用相似归一法为各参数建立关联等式，为样机设计提供计算依据。对扑翼气动特性的研究是对扑翼飞行原理的探寻，论文从研究鸟类扑翼飞行的机理入手，对已有的扑翼气动模型进行分析，指出刚性翼模型仿生程度低的缺点，从而建立柔性仿生扑翼模型对扑翼气动特性进行分析，然后对比已有数据进行模型验证。扑翼驱动

5、机构是小型仿生扑翼飞行器设计的关键环节，论文分析了生物翅膀构造，结合已有扑翼设计，提出采用复杂平面连杆的机械结构，单输入、双齿轮对称输出的驱动方法实现扑翼运动。使用CAD/CAE技术对机构进行数字建模和优化分析并验证了该机构良好的仿生效果。控制系统是扑翼飞行器的大脑，决定了飞行器整体性能的优劣。论文研究并汇总了小型仿生扑翼飞行器控制系统的特点，根据其特点引入具有自优化和自组织能力的GurGame控制策略，并采用闭环仿真实验进行验证。论文最后结合实际研究经验给出了小型仿生扑翼飞行器数字样机技术和物理样机技术的具体实现方法。关键词：扑翼飞行器气动

6、分析平面连杆机构GurGame样机技术IABSTRACTSmallornithopter(Flapping-wingAircraft)isacomplexelectromechanicalsystem,whichobtainstheflyingcapacitybyimitationofflapping-wingflightcreatures.Studyofsmallornithopterhasauniquebionicidea,dependsontheunionofmultidisciplinaryresearchandinnovation.

7、Thispaperfocusesonseveralissuesaroundornithopter.Thepaperreviewsthehistoricalbackgroundanddevelopmentprocessofsmallornithopter,givesamorecomprehensivediscussionofthebasicfeatures,applicationsandscientificvalue,showsthekeypointsofthesmallornithopterresearch,indicatesthedirec

8、tionandcontent.Bionicisaprerequisiteforthedesignofornithopter,thepaperdoesthebiolo