扑翼飞行器测力平台设计与振动特性仿真分析

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1、扑翼飞行器测力平台设计与振动特性仿真分析王胜超杜颖王鹏飞赵国航空工业北京长城计量测试技术研究所摘要：扑翼飞行器是基于鸟类仿生学理论衍生出的新型无人飞行器，主要通过机翼周期性上下扑动来提供飞行器所需的升力和推力，在军用和民用飞行器领域均有广阔的应用前景。扑翼飞行器气动力测量作为样机气动性测试的重要手段，多维气动力的准确测量可为新型扑翼飞行器设计优化和飞控品质的提高提供试验数据支持。本文介绍了i种新型组合式多维小量程测力平台，可实现扑翼飞行器六维气动力和气动力矩的测量。考虑到扑翼飞行器机翼上下扑动过程动态测力需求,应用Ans

2、ysWorkbench有限元分析软件对测力平台进行了模态分析和频响分析，获得在工作频率下的频率响应，仿真结果表明测力平台的振动特性满足设计要求。关键词：扑翼飞行器;气动力;有限元;振动特性;作者简介：王胜超（1990-）,男，助理工程师，硕士，主要从事机电产品研发,计量、测控等方面的研究。收稿日期:2017-04-10DesignandVibrationCharacteristicsAnalysisofForceMeasuringPlatformofFlappingWingAircraftWANGShengchaoDUY

3、ingWANGPengfeiZHAOGuoChangchengInstituteofMetrology&Measurement;Abstract：Flappingwingaircraftisanewtypeofunmannedaerialvehiclederivedfromthetheoryofbirdbionics.Theperiodicflappingofthewingprovidestheliftandthrustforcesthatarerequiredbytheaircraft.Thisnewaircrafth

4、asawidecipplicationprospectinthefieldofni订itaryandcivilaircrafts.Theaerodynamicmeasurementoftheflappingwingaircraftisanimportantmeansfortheaerodynamictesting.Theaccuratemeasurementofthemulti-dimensionalaerodynamicforcecanprovidetheexperimentaldatafortheoptimizati

5、onofthenewflappingwingdesignandtheimprovementoftheflightcontrolquality.Thispaperintroducesanewmodularmulti-dimensionalsmall-scaledynamomctcrplatform,whichcanrealizethemeasurementofsix-dimensionalaerodynamicandaerodynainicmomentsofflappingwingaircraft.Consideringt

6、hepurposeofmeasuringdynamicforceloadofflappingwings,theAnsysWorkbenchfiniteelernentanalysissoftwarewasusedtoanalyzethemodalandfrequencyresponseofthedynamometerplatform，andthefrequencyresponseisobtainedattheworkingfrequency.Thevibrationcharacteristicsoftheforcepla

7、tformmeetthedesignrequirements.Keyword：flappingwingaircraft;dynamometer;FEA;vibrationcharactcristic;Received：2017-04-100引言扑翼飞行器的动力通过机翼周期性上下扑动与非定常流场环境的相互作用产生，其在飞行过程屮多维气动力的准确测量直接关系到整机飞行力学性能的评估。扑翼飞行器区别于传动飞行器气动力产生机理，其气动力测量的实质是对小量程周期性动态力的测量，这不仅涉及到信号提取过程中相关去噪滤波处理，同时要求测

8、力装置木身在扑翼飞行器低频扑动频率范围内不发牛谐振。根据扑翼飞行器机翼扑动频率可将扑翼飞行器分为常规型和微型。常规型扑翼飞行器仿生原形为鸟类，对应机翼扑动频率在30IIz以下;微型扑翼飞行器仿生原形为昆虫类，对应机翼扑动频率上百赫兹。为保证扑翼飞行器多维气动力测量结果的可信度，要求测力平台固有频率应高于被测扑翼飞行器