两段式扑翼飞行器结构设计与仿真分析

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1、硕士学位论文两段式扑翼飞行器结构设计与仿真分析STRUCTURALDESIGNANDSIMULATIONANALYSISOFATWO-SECTIONFLAPPINGWINGAIRVEHICLE姜洪利哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：V276学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文两段式扑翼飞行器结构设计与仿真分析硕士研究生：姜洪利导师：周超英教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedInd

2、ex:V276U.D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringSTRUCTURALDESIGNANDSIMULATIONANALYSISOFATWO-SECTIONFLAPPINGWINGAIRVEHICLECandidate：JiangHongliSupervisor：Prof.ZhouChaoyingAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeinEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAf

3、filiation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要仿生扑翼飞行器集起飞、加速、悬停于一体，体积小且飞行灵活，使其在军事和民用领域有很大的应用前景。特别是对士兵不能进入以及侦察卫星无法识别的区域，扑翼飞行器由于其仿生行和灵活性能够发挥更大的作用。目前国内外对扑翼样机的研制多为模仿小型鸟类的单段式扑翼结构，鲜有对大型

4、鸟类的模仿。本课题以海鸥为仿生对象，研制了一种两段式扑翼结构的样机，其翅膀能够实现“扑动-折曲-扭转”的复杂运动，并对其进行了气动力估算、仿生方案及结构设计、扑翼机构运动学及动力学分析、仿真分析及样机实验研究和飞行试验，具体内容包括：根据鸟类飞行机理确定了仿生目标需求，基于尺度律公式确定了仿生尺寸参数，估算了扑翼的气动力。剖析了鸟类翅膀结构特点，分析鸟翼升力与推力机理，由大型鸟类翅膀运动规律，确定了仿生设计目标，基于尺度律公式，建立各飞行参数之间的关系，实现了对所要研制的飞行器的各飞行参数的初步估算，并建立了扑翼模型，应用条带理论实

5、现了对扑翼的气动力的估算。确定了样机实现方案，对扑翼机构进行了运动学及动力学分析，进行了样机仿生结构设计，并对样机进行了强度分析。基于仿生目标需求进行了扑翼飞行器的实现方案设计，重点对扑动方案进行了设计，基于矢量方法建立了扑翼机构的运动学方程，分析了扑翼机构的角位移、角速度、角加速度等运动学参数，基于第二类拉格朗日公式建立了扑翼机构进行动力学方程。基于用三维设计软件SolidWorks，对样机各部分具体结构进行了仿生设计，建立了扑翼飞行器的三维模型，基于ANSYS对样机中容易产生变形破坏的部件进行了强度分析，验证了样机结构的可靠性。

6、对整体样机进行了仿真分析，制作了样机，进行了实验研究及飞行试验。基于ADAMS导入样机物理模型、施加约束，对扑翼样机了运动学仿真，验证了结构的合理性以及仿生功能实现的可能性；并定义作用在扑翼上的力，进行了动力学仿真，得到了机构各铰接点处的受力情况；基于上述工作，选取了样机中所用通信设备，确定扑翼机构各零件的加工工艺，制作了初步样机，并对样机进行了实验研究验证了样机的仿生功能实现，进行了室外飞行试验，初步测试了样机的气动性能。本课题选取大型鸟类为仿生对象，进行了模仿大型鸟类飞行的两段式扑翼飞行器的设计，并从飞行机理、气动力估算、结构设

7、计、仿真分析、样机实验等方面开展研究，对进一步的升力实验研究及飞行控制研究有重要的理论和实际意义。关键词：两段式扑翼；结构设计；机构运动学；机构动力学；仿真分析-I-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBionicflappingwingairvehiclessettake-off,acceleration,hoverinone.Theyaresmallinsizeandflexibleinflightandtheyarewidelyusedinthefieldsofcivilianandmilitaryappli

8、cation.Especiallyfortheregionsthatsoldierscan’tenterinandreconnaissancesatellitescan’tidentify,flappingwingairvehicle