仿生微扑翼飞行器机翼动力学性能研究

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自从美国国防高级研究计划局提出了微扑翼飞行器的概念,世界各国就开始关注和研究微扑翼飞行器,由于其在国防,军事,民用等各个领域内的应用前景十分诱人,微扑翼飞行器在当今世界已经成为了科学领域研究的热点。本课题通过对蝙蝠飞行的研究入手,利用有限元理论和计算流体力学方法,对仿蝙蝠翼进行了动力学特性的分析。本文得出的结论可以给仿生微扑翼飞行器的设计提供一定的参考。本文模仿蝙蝠的翼手结构建立了仿蝙蝠翼折叠扑动模型,对模型进行了静力学分析,根据应力和变形云图对其进行了优化设计;对两种不同材料模型进行了静力学计算,分析了材料属性对仿生翼刚度的影响。对仿蝙蝠翼进行了动态特性研究,对不同结构参数的仿生翼模型进行了模态分析,得出了各参数对结构模态特性的影响并找出了模态特性较好的方案;对两种不同材料模型进行了模态分析,找出了材料属性对仿生翼模态特性的影响;对仿生翼进行了瞬态动力学分析,得到了仿生翼在动载荷作用下应力变形的变化规律,发现了仿生翼结构的固有频率对其振动响应的影响。对仿蝙蝠翼的空气动力学特性进行了初步研究,对仿生翼进行了低雷诺数下三维绕流分析,研究了仿蝙蝠翼在空中悬停时翼手与水平面呈一定攻角时的流场特性,解释了仿生翼升力的产生机理;通过扑翼驱动机构的理论分析和计算,得出了解析形式的扑翼运动学模型,通过CFD软件Fluent进行动网格计算,分析了扑动频率,来流速度和来流角度对扑翼升阻力系数的影响。最后对仿蝙蝠翼进行了振动模态实验,利用锤击法测出了模型的前四阶固有频率值和模态振型,并将其与仿真数据进行对比分析,验证了仿真结果的可靠性。
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