两自由度扑翼飞行器设计分析与样机实验研究

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1、硕士学位论文两自由度扑翼飞行器设计分析与样机实验研究DESIGNANALYSISANDEXPERIMENTALSTUDYOFFLAPPINGWINGAIRVEHICLEOFTWODEGREESOFFREEDOM高乾哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：V276学校代码：10213国际图书分类号：621.1密级：公开工学硕士学位论文两自由度扑翼飞行器设计分析与样机实验研究硕士研究生：高乾导师：周超英教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:V276U.D.C:621.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANALYSISANDEXPERIMENTALSTUDYOFFLAPPINGWINGAIRVEHICLEOFTWODEGREESOFFREEDOMCandidate：QianGaoSupervisor：Prof.ChaoyingZhouAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSp

3、eciality：MechanicalandElectronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要扑翼飞行器是一种可以像鸟或者昆虫一样通过扑动翅膀实现飞行的新型飞行器，它具有体积小、质量轻、隐蔽性好、灵活性好、操作简单、携带方便等优点，在军事领域和民用领

4、域，都具有十分诱人的应用前景。为此本课题将主要对可实现机翼扑动和扭转运动的扑翼飞行器展开研究。本文通过分析发现：具有多自由度扑动机构的扑翼飞行器仿生程度更高，因而具有较高的气动性能。为此，通过对已有的单曲柄双摇杆扑翼结构以及空间曲柄摇杆扑翼机构进行分析和改进，并结合现实中鸟类的飞行姿态，研制出了一种可同时实现机翼扑动和扭转的扑翼机构，并通过对其进行运动学仿真，验证了该扑动机构的有效性。针对上述扑动机构，采用计算流体力学方法对不同扑动姿态的气动特性进行研究，得到了使上述机构获得最大升力的翼翅扭转角，从而确定了

5、扑翼机构的运动参数。根据得到的相关运动学参数，对扑翼飞行器的样机进行了整体设计、构件尺寸设计以及各部件的选型，并最终设计装配得到了完整的样机。搭建测力平台对样机进行了升力和推力实验。实验结果最终验证了该扑动样机相比于纯扑动扑翼机构具有更优良的气动特性。本文研究一方面，丰富了多自由度扑动机构的内涵，为后续扑翼飞行器的研究提供参考；另一方面，加深了对扑翼机构气动特性的认识，有助于设计具有更好气动特性的扑翼飞行器。因此，本论文具有一定的理论及实际意义。关键词：扑翼；扑动；扭转；气动性能；升力；推力I哈尔滨工业大学

6、工学硕士学位论文AbstractTheflapping-wingmicroairvehicle(FMAV)isonekindofaircraftimitatingflyingbirdsorinsects.Comparedwiththenormalvehicle,FMAVhasalotofadvantages,suchassmallervolume,lighterquality,smarterandsoon.Inbothmilitaryfieldsandcivilfields,FMAVhasinvitinga

7、pplicationprospect.Thispaperwilldevelopaflapping-wingmechanismwhichcanrealizeboththeflutterandthetorsionfunction.Aflapping-wingmicroairvehiclewithtwoorthreedegreesoffreedomflapping-wingstructurecanbehighlybionicandhasgoodaerodynamicperformance.Throughthean

8、alysisandimprovementoftheexistingstructures,thesingle-crankanddouble-rockerflapping-wingstructureandthespatialcrankandrockerflapping-wingstructure,combinedwiththerealityoftheflightofbirds,aflapping-wingstruct