仿生扑翼机构设计及仿真分析_杨永刚.pdf

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1、2015年1月机床与液压Jan.2015第43卷第1期MACHINETOOL＆HYDＲAULICSVol.43No.1DOI:10．3969/j.issn.1001－3881.2015.01.039仿生扑翼机构设计及仿真分析杨永刚，谢友增(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要:提出一种新型仿生扑翼机构，用于模仿鹰翅翼的运动。通过UG实体建模和运动学仿真验证了该机构的可行性。通过ADAMS建立扑翼机构的虚拟样机，并进行了动力学仿真分析和优化设计，得到满足设计目标的最佳扑翼机构，分析结果为扑翼机构的实物快速制作及扑翼飞行器的研制提供参考。关键词:扑翼机构;ADAMS;

2、动力学仿真;虚拟样机中图分类号:TP242文献标志码:A文章编号:1001－3881(2015)1－160－4DesignandSimulationAnalysisofBionicFlappingWingMechanismYANGYonggang，XIEYouzeng(SchoolofAeronauticsEngineering，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)Abstract:Anewbionicflappingwingmechanismwasproposedinordertoimitatethemoti

3、onofeagle'swing．UGsolidmodelingandkinematicalsimulatingwereperformedtovalidatethefeasibilityofthismechanism．Thevirtualprototypeofthismechanismwases-tablishedthroughADAMS，andthestructuredynamicsimulationanalysisandoptimizationdesignwereappliedtotheprototype．Theoptimizeddesignaimofflappingwin

4、gmechanismwasobtained，andtheanalysisresultsprovidereferencesforthefastmanufacturingofactualflappingwingairvehicleanditsdevelopment．Keywords:Flappingwingmechanism;ADAMS;Dynamicsimulation;Virtualprototype0前言翼机构，并运用ADAMS对机构进行仿真分析及优微扑翼飞行器(Flapping－wingMicroAirVehi-化，以提高扑翼机飞行品质。cle)是一种模仿鸟类或昆虫飞行的

5、新概念飞行器。1仿生扑翼机构设计与UG建模与传统的固定翼和旋翼飞行器相比，微扑翼飞行器的1.1仿生扑翼机构设计要求主要特点是将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系仿生扑翼机构的设计要求是能模仿鸟类翅翼的运［1］统，具有较强的机动性。对鸟类的飞行机制研究表动形式，在扑翼机设计理论还不成熟的条件下，通过明，鸟类是依靠翅膀的灵活变形及运动来产生飞行所观察鸟类的飞行姿态，进行模仿和抽象，设计出符合需的升力和推力。因此，运行高效可靠的扑翼机构是要求的扑翼机。仿生扑翼机的核心部分。通过观察鸟类飞行运动特点发现，鸟类在正常平鉴于微扑翼飞行器在军事和民用应用中具有极大飞时，翅翼在一个周期内完成

6、一次上下扑动，下扑阶优势，世界各国研究机构及高校设计制作了各种类型段占整个扑动周期比例较大，在此阶段翅膀完全展的扑翼机。目前，能够成功飞行的扑翼机大都采用了开，翼展和升力面积达到最大，翅翼上拱可阻碍气流［2］单曲柄双摇杆机构，如西北工业大学研制的MAV，的上洗，两者使得在下扑阶段空气阻力最大，产生整此外还有采用基于往复式化学肌肉(ＲCM)技术的个扑动周期的大部分升力。而上扑阶段是为了使翅翼仿生扑翼飞行机器人及压电晶体结合四连杆的驱动机回复到最高点，以便开始下一周期的扑动，是一种被［3－4］构。动回复过程，产生负升力，所以鸟类总是尽可能缩短单曲柄双摇杆机构与其他扑翼机构相比，虽

7、然能这一阶段，此阶段鸟类翅翼近端抬起使翼展变短，上［5－6］够实现预定的扑动频率和角度，但是由于其本身是非扑面积变小，遇到的阻力变小。为实现这一目对称结构，在扑动过程中两侧机翼存在扑翼角度相位的，扑翼驱动机构的载翅杆应具有急回特性，仿生翅差，影响飞行稳定性与安全性。本文作者根据仿生型在下扑阶段尽可能展平，上扑阶段进行折叠，以获得方面的观察，设计气动性能良好的双节仿生型对称扑较大的扑动净升力。收稿日期:2013－11－26基金项目:中央高校基本科研业务费资助项目(3122013SY47);中央高校基本科研