微撲翼飛行器動力學(xué)仿真及驅(qū)動機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、微撲翼飛行器(FMAV)是一種模仿鳥類或昆蟲飛行的新概念飛行器。由于具有體積小、重量輕、成本低、隱身性和可操作性好等特點，‘在國防和民用領(lǐng)域有十分重要而廣泛的應(yīng)用。仿生學(xué)和空氣動力學(xué)研究均表明，對于特征尺寸相當(dāng)于鳥或者昆蟲的微型飛行器來說，撲翼飛行要優(yōu)于固定翼和旋翼飛行器。 單曲柄雙搖桿驅(qū)動機構(gòu)類型的微撲翼飛行器在試飛過程中時常發(fā)生向左或者向右傾斜栽落的現(xiàn)象。這是由于左右撲翼動作的不完全對稱性引起的。本文以這種類型的微撲翼飛行器

2、為研究對象，把已有的空氣動力學(xué)研究成果與其結(jié)構(gòu)和運動結(jié)合起來，以建模、仿真與優(yōu)化等為研究手段，圍繞著提高該類型微撲翼飛行器的運動對稱性而展開工作。 微撲翼飛行器的翅翼一般是連接在驅(qū)動機構(gòu)搖桿上的，不同的驅(qū)動機構(gòu)決定了不同的撲翼飛行方式，而不同的撲翼方式也需要不同的驅(qū)動機構(gòu)與之相適應(yīng)，因此驅(qū)動機構(gòu)不僅是微撲翼飛行器的關(guān)鍵部件，還是體現(xiàn)其撲翼動作特征的機構(gòu)。針對上述現(xiàn)象和驅(qū)動機構(gòu)在微撲翼飛行器中的重要作用，本文建立了單曲柄雙搖桿驅(qū)動

3、機構(gòu)的運動參數(shù)數(shù)學(xué)模型及其在ADAMS中的仿真模型，同一參數(shù)在這兩類模型下的運動曲線圖完全一致，驗證了數(shù)學(xué)建模與仿真建模的正確性。為了提高單曲柄雙搖桿驅(qū)動機構(gòu)的運動對稱性，以其左右撲翼角之差和角速度之差的幅值在運動周期內(nèi)同時盡可能的小為優(yōu)化目標，在二者數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)造了綜合評價函數(shù)，并在機械學(xué)與仿生學(xué)的約束條件下利用模式搜索法進行了優(yōu)化設(shè)計。所得研究成果為提高同類型驅(qū)動機構(gòu)的運動對稱性提供了理論指導(dǎo)，對其它類型的撲翼驅(qū)動機構(gòu)也有很好

4、的借鑒意義。 在鳥類、昆蟲撲翼飛行的生物學(xué)原理研究基礎(chǔ)上，從合力作用與分解的角度提出了一種氣動力對微撲翼飛行器作用的機理，解釋了微撲翼飛行器在試飛過程中傾斜栽落的力學(xué)原因。同時根據(jù)該機理和條帶理論計算了微撲翼飛行器作一維拍動時上下方向受到的氣動力，最后將計算結(jié)果與風(fēng)洞實驗所得到的升力曲線進行了比較，二者的結(jié)果比較接近。 在ADAMS中建立了微撲翼飛行器的整機仿真模型，將上面氣動力計算結(jié)果加載到仿真模型機翼上，仿真得到了動