微型多扑翼飞行器的流体分析与样机研制

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1、国内图书分类号：V276学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文微型多扑翼飞行器的流体分析与样机研制硕士研究生：何亚男导师:周超英教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位:深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V276U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringNUMERICALSIMULATIONANDMODELDESIGNOFMORET

2、HANTWOFLAPPING-WINGSMICROAIRVEHICLECandidate:HeYananSupervisor:Prof.ZhouChaoyingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicsEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:Dec,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinIns

3、tituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要伴随着无人机技术的发展，微型扑翼飞行器(MAV)成为现阶段一个热点研究，它能将举升，前飞、悬停、转向、降落集于一个扑翼系统，具有体积小、隐蔽性好、重量轻、成本低等特点，在国防领域和民用方面都有着广泛的应用前景。本文首先建立双曲柄双摇杆机构以及曲轴式单曲柄双摇杆机构的运动学模型，其运动学分析结果表明，双曲柄双摇杆机构左右扑动没有相位差，机构运行稳定，但机构较复杂，难于小型化；尽管曲轴式单曲柄双摇杆机构左右扑动存在微小的相位差，但其结

4、构简单，运行平稳，加工容易、易于微型化，是扑翼机构很好的选择。并在此基础机构的基础上创新设计两种能够实现单自由度复杂运动的机构，为扑翼飞行器的样机设计提供机构选择。在单自由度的情况下，本文对共轴四扑翼飞行器的一对机翼和共轴八扑翼飞行器的两对机翼在同等扑动角度下进行空气动力学仿真，并对其升力系数和阻力系数进进行比较，得出共轴八翼在样机设计时的优势：升力系数总数大于共轴四翼模型，但同尺度升力比共轴双翼略小，所需扭矩较小，节省能源。按照预定目标对样机的各个组成部分进行设计，优化。选择曲轴式单曲柄双摇杆机构

5、作为样机运动的机械部分，通过对机翼和尾翼的设计和材料选择，通过数控等方式加工，最终实验共轴八扑翼样机的研制。搭建实验平台，对所设计微型扑翼飞行器进行实验，比较在不同电压下，扑翼飞行器所能产生的升力和推力的大小，进而得出扑翼飞行器能够实现悬停的条件。并对所设计样机进行试飞实验，实验结果表明，该样机的各项指标符合预定目标，并通过理论推理的方式推断出共轴八翼模型在现有情况下能制作出蚊子般大小扑翼飞行器。关键词：共轴八翼扑翼飞行器；曲轴式单曲柄双摇杆机构；气动分析；样机设计加工-I-哈尔滨工业大学工学硕士学

6、位论文AbstractWiththedevelopmentofthetechnologyofUAV,theMicroFlappingWingflightvehicle(MAV)hasbecameahotresearchatthepresentstage.MAVcanlift,fly,hover,steer,landingonlywithaflappingwingsystemwithsmallvolume.TherearemanyadvantagesofMAVsuchashavingalightwei

7、ght,beingeasytoconceal,alowcostandsoon.Thereisabroadprospectofapplicationinthefieldofnationaldefenseandbeingcivil.Inthisthesis,firstly,thekinematicsmodeloftheDouble-CrankDouble-RockerflappingmechanismandtheCrankshafttypeSingle-CrankDouble-Rockerflappin

8、gmechanismaresetup.Theresultofthekinematicsanalysisonthemareasfollows:TheflappingwingsofleftwingandrightwingofDouble-CrankDouble-Rockerflappingmechanismhasnophasedifference,andthemovementofthismechanismissmooth,butitissocomplexthatitisn