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仿蝴蝶微型扑翼机飞行原理及扑翼机构研究

作　者: 雷亚超
导　师: 许瑛
学　校: 南昌航空大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 微扑翼飞行器流体力学仿真动网格技术急回特性运动仿真
分类号: V276
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

微扑翼飞行器(Flapping-wing micro aerial vehicles)模仿鸟类或昆虫的飞行原理，具有体积小、重量轻、隐身性好等优点，被广泛使用到军用和民用领域。本文以仿蝴蝶微型扑翼机为研究对象，首先分析凤蝶的飞行参数，在此基础上，建立了仿蝴蝶扑翼机的参数化模型，研究了仿蝴蝶扑翼机的流体和扑翼机构的运动特性。（1）对凤蝶的扑翼飞行和微观形态进行了整理和分析，获得了凤蝶扑翼飞行的尺寸参数及运动参数，为仿蝴蝶扑翼机的数值建模和机构分析提供了数据参考。（2）以流体仿真软件FLUENT为平台，采用参数化语言，建立了仿蝴蝶流体分析模型，针对解决流场的动边界这一难点，采用动网格技术，对翼型的流体动力学性能进行研究。流体仿真结果表明：涡流是产生高升力的主要原因；在大翼展、低频率扑动前提下，扑翼幅值与产生的升力和推力成正比。（3）以平面四杆机构为基础，用解析法设计了具有急回特性的扑翼机构，并以solidworks软件为平台，建立了扑翼机构的三维模型，进行了扑翼机构的运动仿真，将仿真结果与解析法设计的扑翼机构的运动特性进行比较，验证了解析法设计急回特性的扑翼机构的可行性和可靠性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 微型扑翼飞行器的研究现状及分析  8-13
    1.2.1 国外研究现状  9-11
    1.2.2 国内研究现状  11-13
  1.3 本文的研究目的及意义  13-14
    1.3.1 微型扑翼飞行器的研究目的  13
    1.3.2 拟解决的技术问题  13-14
  1.4 本文的内容安排  14-15
第2章昆虫扑翼飞行原理及蝴蝶翅形态结构  15-27
  2.1 昆虫扑翼飞行原理  15-20
    2.1.1 雷诺数  15-16
    2.1.2 昆虫的飞行机理  16-19
    2.1.3 蝴蝶的飞行机理  19-20
  2.2 蝴蝶翅形态结构  20-23
    2.2.1 蝴蝶翅气动外形特质  20-21
    2.2.2 蝴蝶翅三维形状测量  21-22
    2.2.3 自由飞行时蝴蝶翅形态结构  22-23
  2.3 蝴蝶翅微观形态  23-25
    2.3.1 翅的表观结构  24-25
    2.3.2 翅的断面结构  25
  2.4 本章小结  25-27
第3章仿生扑翼模型的流场分析  27-39
  3.1 FLUENT 软件简介  27-29
    3.1.1 FLUENT 软件求解步骤  27-28
    3.1.2 求解控制方程  28-29
  3.2 翼型的流场数值计算  29-33
    3.2.1 翼型建模及网格化  29-30
    3.2.2 翼型的流场计算  30-33
  3.3 翅翼拍动中流场的数值模拟  33-38
    3.3.1 动网格技术  33-34
    3.3.2 动态数值分析  34-37
    3.3.3 拍打振幅对扑翼运动的影响  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章扑翼机构设计及建模分析  39-56
  4.1 扑翼机构的设计  39-41
    4.1.1 扑翼机构总体设计要求  39-40
    4.1.2 扑翼的实现方案  40-41
  4.2 扑翼机构的运动尺度综合  41-43
    4.2.1 扑翼机构方案确定  42-43
    4.2.2 构件尺寸确定  43
  4.3 按解析法设计急回特性的扑翼机构  43-52
    4.3.1 扑翼机构设计  43-48
    4.3.2 扑翼机构分析  48-52
  4.4 扑翼机构建模  52-55
    4.4.1 零件三维建模  52-53
    4.4.2 零件装配与运动仿真  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章结论与展望  56-58
  5.1 结论  56
  5.2 展望  56-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研情况  62-63
  一、攻读硕士学位期间发表的论文  62
  二、攻读硕士学位期间参加的科研情况  62-63
致谢  63-64

仿蝴蝶微型扑翼机飞行原理及扑翼机构研究

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