仿生扑翼气动力分析及轨迹优化

发布时间：2017-07-31 14:39

  本文关键词：仿生扑翼气动力分析及轨迹优化

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【摘要】：仿生扑翼机是一类模仿自然界中具有飞行能力的生物飞行模式的新型飞行器,扑翼机相对于传统的固定翼飞行器有着自身独特的优势:机动灵活,隐蔽性强,能够集爬升和推进为一体。扑翼机在低流速情况下的良好气动特性,使其具有广泛的应用前景。在对自然界鸟类观察的基础上,分析了鸟类翅膀的运动方式,探究了鸟类飞行升推力的产生机理,对尺度律进行了分析,为机构的设计研究提供理论基础。在常见的扑翼机机构设计的研究基础上,采用新型对称扑动驱动机构,使用CATIA完成了扑翼机气动外形的设计,并通过ADAMS对扑翼机各部位的运动模式进行了设定。这一驱动机构实现了扑翼机翅翼的对称扑动,而且能够满足翅翼的折叠运动,在升力、推力产生机制和仿生学角度保证了稳定、安全、高效的飞行。基于流体力学知识和常见计算流体力学方法,采用格子玻尔兹曼方法(LBM)对扑翼机的气动力特性进行分析,对攻角、来流速度、扑动频率等参数及其影响进行了分析,对扑翼机的单自由度和复合扑动进行了分析、计算和比较,得到各参数对扑翼机气动特性的影响。从轨迹规划的角度对常见飞行轨迹进行了分析,计算了扑翼机爬升过程和做圆形轨迹飞行的参数,为扑翼机的实验提供一定的仿真依据。基于C#语言建立了扑翼机仿真分析平台,实现了该平台的设计、搭建和功能的定义,为后续研究的数据分析、管理、维护提供思路。
【关键词】：仿生扑翼机 扑翼驱动机构 气动力分析 轨迹分析 仿真平台
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及其意义9-13
• 1.1.1 课题研究背景9-10
• 1.1.2 课题研究意义10-13
• 1.2 课题研究现状13-17
• 1.2.2 国外扑翼机的研究实验现状13-15
• 1.2.3 国内扑翼机的研究实验现状15-17
• 1.3 研究方法与预期结果17-19
• 第二章 仿生扑翼机飞行规律及结构设计19-30
• 2.1 鸟类的飞行规律研究19-22
• 2.1.1 鸟类的进化19-20
• 2.1.2 鸟类翅膀的运动方式20-22
• 2.2 扑翼机器人机构设计22-26
• 2.2.1 常见扑翼驱动机构分析22-23
• 2.2.2 扑翼飞行对扑翼驱动机构的要求23-24
• 2.2.3 对称双节仿生型扑翼驱动机构设计24-25
• 2.2.4 仿生扑翼机尺度律研究及机构尺寸参数25-26
• 2.3 躯干设计及运动设置26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 仿生扑翼机气动力仿真分析30-54
• 3.1 鸟类升推力机制及仿真设置30-36
• 3.1.1 鸟类飞行的升推力机制30-32
• 3.1.2 所用仿真方法及仿真参数设置32-36
• 3.2 不同攻角及来流速度下的仿真分析36-38
• 3.3 仿生扑翼机升推力仿真分析38-46
• 3.3.1 扑动频率对推力的影响38-42
• 3.3.2 扑动频率对升力的影响42-46
• 3.4 不同飞行姿态下的仿真分析46-49
• 3.5 多自由度扑动分析49-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第四章 轨迹优化及仿真平台设计54-67
• 4.1 轨迹规划算法54-62
• 4.1.1 基本爬升54-57
• 4.1.2 圆形轨迹57-62
• 4.2 仿真实验分析平台设计62-66
• 4.2.1 平台开发环境62
• 4.2.2 平台框架及功能设计62-63
• 4.2.3 平台功能描述63-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 总结展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73

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本文编号：599695