柔性翅翼仿生扑翼飞行器的动力学性能研究

论文摘要

扑翼飞行器在空中所进行的包括举升、悬停、平飞、转弯等在内的一系列飞行动作都是通过驱动机构来为飞行器提供动力的。由此可见,扑翼飞行器的驱动机构构成了飞行器的重要组成部分。本文首先对“Sparrow”MAV(Micro Air Vehicle)模型的机构各部分误差的影响大小进行了动力学理论分析,然后在此基础上通过仿真对比,确定究竟何种构件对驱动转矩的影响最大。其次扑翼机构的各部分构件在生产的过程中并非都是刚体结构,因此对各构件为柔性体时机构的动态可靠性也进行了分析和对比,得到了各构件分别为柔性体时对机构运动精度的影响;进一步提出了3种带有弹性元件的扑动机构构型。为了更好的研究其动力学性能,通过对电机的峰值转矩变化进行研究来反映系统的动力学特性。对原构型和3种弹性构型进行的理论研究及仿真试验发现,安装有弹性元件的仿生扑翼机构不仅可以在很大程度上降低电机输入的峰值转矩,而且能凭借减小峰值转矩的最优构型提高系统的能量利用率;同时由于扑翼机构在进行运转的过程中,翅翼等机构本身存在的惯性作用,以及气动力随时间的周期性波动,容易导致电机的运转速度会产生一定的波动。对扑翼驱动机构进行的理论和仿真分析发现,在系统中适当的增加柔性装置可以一定程度地减小运转过程中电机转速的波动大小。最后对增加柔性装置前后,各运动副处的振动冲击力进行了对比仿真分析,发现增加柔性装置后,各运动副处的振动冲击力得到了一定程度地减小。冲击力的减小也可以对飞行过程中的振动与噪声有一定的改善作用,从而使得扑翼飞行器更加符合实际应用环境的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景和意义
•   1.2 扑翼飞行器国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 扑翼飞行器传动机构与气动机理研究现状
•     1.3.1 传动机构研究介绍
•     1.3.2 气动机理研究现状介绍
•   1.4 仿生扑翼飞行器研究所面临的问题
•   1.5 论文研究目标和主要内容
• 第二章 仿生扑翼机构的运动精度综合研究
•   2.1 机构运动精度理论研究
•   2.2 机构运动精度动力学仿真研究
•     2.2.1 等长度误差比较分析
•     2.2.2 等百分比误差比较分析
•   2.3 柔性体假设的扑动机构动态可靠性研究
•   2.4 本章小结
• 第三章 仿生扑翼机构的能耗对比研究
•   3.1 扑翼机构模型建立和动力学方程
•     3.1.1 机构模型建立
•     3.1.2 机构动力学方程
•   3.2 翅翼气动力矩分析
•   3.3 机构动力学仿真分析
•     3.3.1 构型一:未安装弹簧
•     3.3.2 构型二和构型一比较
•     3.3.3 构型三和构型一比较
•     3.3.4 构型四和构型一比较
•     3.3.5 全构型比较
•   3.4 扑翼机构试验分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 仿生扑翼机构运转速度波动研究
•   4.1 扑翼机构运转方程
•   4.2 传动机构速度波动分析
•     4.2.1 构型一速度波动分析
•     4.2.2 构型二速度波动分析
•     4.2.3 构型三速度波动分析
•     4.2.4 构型四速度波动分析
•     4.2.5 全构型比较
•   4.3 本章小结
• 第五章 机构运动副反力研究
•   5.1 机构运动副受力分析
•   5.2 传机构运动副反力仿真分析
•     5.2.1 构型一:未安装弹簧
•     5.2.2 构型二:在翅翼两侧安装柔性弹簧
•     5.2.3 构型三:在系统顶部安装柔性弹簧
•     5.2.4 构型四:在翅翼两侧和系统顶部同时安装柔性弹簧
•     5.2.5 全构型比较
•   5.3 机构运动副反力试验分析
•   5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 主要符号说明
• 研究生期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘光泽

导师: 张威

关键词: 扑翼飞行器,运动精度,柔性装置,转矩,速度波动,振动与冲击

来源: 中国民航大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 中国民航大学

分类号: V211

DOI: 10.27627/d.cnki.gzmhy.2019.000325

总页数: 83

文件大小: 3142K

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