摘要
仿生扑翼飞行器是模仿自然界生物飞行的一种新型飞行器，相比与传统的固定翼、旋翼飞行器，具有体积小、机动性能好、飞行效率高、容易隐蔽等优点，使其在国防军事领域有广阔的应用前景。因此已成为飞行器研究学者研究的热点。本文从仿生学角度出发，分析了生物飞行特征及飞行机理，以鸽子为设计蓝本提出了一种仿鸽扑翼飞行器的总体设计方案，设计了一种扑动—扭转两自由度耦合驱动的仿鸽扑翼飞行器，并对驱动机构参数进行了优化设计。然后结合翼型结构、运动参数对扑翼气动特性进行了深入研究，为仿生扑翼飞行器的研究提供了一些补充。论文的主要研究内容如下: (1)从飞行生物翅膀结构和运动特征等方面系统的分析了飞行生物的飞行机理，总结了飞行生物扑翼飞行过程中产生升力和推力的原理。并分析了翼尖轨迹与扑翼气动性能的关系，发现“8”字型轨迹更有利于产生升力和推力。为仿生扑翼飞行器的研制提供了仿生依据和理论基础。 (2)以鸽子为设计蓝本，基于空间RSSR机构，设计了一种能够实现扑动—扭转耦合两自由度运动的仿鸽扑翼飞行器，并且结合加工实际，对仿鸽扑翼飞行器的驱动系统、翅翼机构、尾翼和控制系统进行了初步设计，使用三维建模软件CREO建立了仿鸽扑翼飞行器的三维模型。 (3)根据扑翼飞行器气动特性及翼尖轨迹要求，建立扑翼飞行器扑动—扭转耦合驱动机构的优化模型，采用遗传算法完成了扑动—扭转耦合机构的优化设计。得到了带有急回特性并且能够较好实现“8”字型翼尖轨迹的驱动机构。 (4)基于计算流体力学(CFD)方法对仿鸽扑翼飞行器扑翼的气动特性进行了研究。利用ANSYSFLUENT软件建立了扑翼不可压非定常粘性流场分析模型，分析了翼型结构对扑翼气动特性的影响。结果表明:弯度较大的S1223翼型具有较好的气动特性，适合作为仿鸽扑翼飞行器翅翼的翼型。同时研究了运动参数对扑翼气动性能的影响，得到了来流速度、扑动频率、沉浮幅度、俯仰角、相位差等运动参数对扑翼气动特性的影响规律。 (5)在ADAMS中建立了仿鸽扑翼飞行器的整机仿真模型，利用条带理论计算出扑翼飞行器翅翼上的气动力，并将其加载在机翼上进行动力学仿真，分析了样机曲柄上的驱动力矩与机构各关键点的受力情况，为将来扑翼飞行器样机的设计制造奠定了一些基础。
NETL