click与简谐扑翼飞行方式的空气动力特性研究

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1、大连理工大学硕士学位论文图1．1桑德斯公司的“MicroSt矿’(2)AeroVir0Ilnlent公司的“B1ackwidow，’(黑寡妇)、“waSp”(黄蜂)和“Homet”(大黄蜂)“BlackWidow，’I别是Aer0V的11mem公司研发出的一种微型飞行器，如图1．2所示。这款MAV严格遵循D越冲A提出的技术指标要求。该飞行器呈圆盘形状，由电机驱动螺旋桨产生动力，能量来源于锂电池。其翼展长156m，航程16km，巡航速度为12m／s，俯冲速度20IIl／s，活动半径达到1．8km，飞行重量为80g，最大飞行高度约234m，滞空时间可以达到30分钟，最远传输距离能达到

2、2km。在整机重量中，控制系统占9％、有效载荷占12％、结构占17％、推进系统占62％。该飞行器上安装有CMOS彩色摄像头，从它拍摄并传回的图像中，可以清晰的辨认行人和车辆。“Blackwidow’’对航向和高度有很强的保持能力，稳定性很好。此外，它还具有俯仰、空速、横滚等能力。由于“B1ackWidow，’采用电机作为驱动，而且尺寸小巧，使得它的噪音很小、隐蔽性能极佳。为了降低该MAV起飞所消耗的能量，AeroViro衄em为它设计了专门的发射设备。整个系统可以放在一个手提箱里，包括：MAV、发射架以及地面控制和LCD显示器，重约七公斤。“—遴泓==；_譬逑滋誓匕蠢．．．．。．

3、“：警．哇E瓣鉴压器(IH)蝶艟絮(28)m秽L(8B)牵豫髓(o+c)舵帆to“B)晦蹶机(?g)陀螺‘1E)_乙行什辩帆(1B)图1．2AeroViro砌em公司的“BlackWido、v，’‘‘wasp’，13捌是AeroViro姗ent公司在‘‘B1ackWidow，’的基础上改进而来，在速度和持续性上有很好的表现，如图1．3(a)所示。它在2002年8月创下了以48公里川、时的速度CHck与简谐扑翼飞行方式的空气动力特性研究持续飞行了1小时47分钟的记录。当时的MAV，翼展长33cm，重1709。“waspAE”是该系列№V的最新款式，重1．3k，在地面和水面都可以降落

4、，配备了AeroViro姗ent公司的数据链，能与AeroViro姗ent公司的其他类型的MAV以及地面控制站进行互操作。该mV具有通信加密、超远距离操作以及对语音、视频、文本等中继的功能。2012年美国空军斥资244．8万美元用以采购“wasp”。ra图1．3AeroViro姗ent公司的“WaspAE’’和‘‘Homet’’“Homet”是AeroViroIlInent公司在D』6d肿A推动下研制的一款全新结构概念的MAV，如图1．3(b)所示。整个飞行器的翼展长38cm，重170g。“Homet”是世界上首次实现以氢燃料电池为能量来源的微型飞行器，为MAV的研制开创了全新的

5、动力模式。(3)麻省理工学院0订IT)林肯实验室的MAV图1．4是林肯实验室开发的微型飞行器【10，11】。该MAv采用的是鸭式布局，这种布局的好处是使得飞行器能获得很稳定的涡系，产生大的涡升力。此MAV分为昼间型和昼夜型两种。昼间侦查型为了达到很好的隐蔽性，尺寸和重量都设计的非常小。其翼展只有7．4cm，起飞重量为10．5g。其中，动力电机和电池共重7g，自身结构仅有2g，摄像系统和通讯系统共重1．59。它所携带的摄像机可以在100m外分辨出7cm大小的物体，每隔2s可以拍摄一张图片。昼夜侦察型的尺寸和重量要比昼间侦查型大很多，它的翼展达到了20．5cm，起飞重达91．5g。昼

6、夜型所携带的摄像机可以从100m外分辨出13cm大小的物体。为了保证精确性，它的拍摄速度为每秒钟两张。(4)美国海军研究实验室的‘‘MITE”美国海军研究实验室开发的‘‘MITE”【12】翼展长为15cm，重65g。采用锂电池或者燃料电池来驱动无刷直流马达，再在通过减速器来控制一对反相旋转的螺旋桨。这种结构使得“MITE”具有很好的机动性，飞行速度能达到10111／s。大连理工大学硕士学位论文图1．4麻省理工学院林肯实验室的MAV(5)MLB公司的“Trochoid，’图1．5是MLB公司研制的“1bchoid，’微型飞行器【13】，该飞行器是根据机翼的前缘的形状类似摆线而命名的

7、。其翼展长15cm，巡航速度48公里／小时，有效控制范围30英尺。机上的电子载荷71g，续航时间20分钟，在有风(10—15英里／／J、时)的天气可飞行18．5分钟。动力来自于内部的微型内燃机。MLB的想法是：在MAV设计的初期，应该把稳定性作为首要的目标。“Trochoid”采用的是小展弦比设计，这样的设计使得它的固有频率高、滚转阻尼小。在对“Trochoid”进行多次飞行试验的过程中，研究人员发现螺旋桨在大迎角的飞行和滑流的时候，会在前缘产生翼尖涡，这一现象改善了飞行器的飞行