仿昆蟲(chóng)微飛行器懸停氣動(dòng)力計(jì)算及實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著在民用和軍事方面不斷增加的需求，仿昆蟲(chóng)微飛行器已經(jīng)引起了國(guó)際上的研究熱潮。目前，撲翼飛行的空氣動(dòng)力學(xué)原理研究還沒(méi)有完全成熟的體系，對(duì)昆蟲(chóng)模型飛行控制方面的研究也還不多。基于此背景提出了本論文的研究?jī)?nèi)容，主要包括兩個(gè)部分：一方面是對(duì)仿昆蟲(chóng)微飛行器懸停狀態(tài)下三維撲翼運(yùn)動(dòng)的升阻力及力矩進(jìn)行計(jì)算分析；另一方面，搭建可用于仿昆蟲(chóng)微飛行器姿態(tài)控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)平臺(tái)。
　　在數(shù)值計(jì)算方面，本研究使用商用CFD(Computational Flu

2、id Dynamic)軟件Fluent對(duì)不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下的三維單翼模型進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，撲翼運(yùn)動(dòng)的升力主要受到于撲翼拍動(dòng)運(yùn)動(dòng)的影響。在懸停狀態(tài)，撲翼對(duì)稱(chēng)翻轉(zhuǎn)的情況下，改變拍動(dòng)幅值Φ，升力Fl隨著Φ的增大而增大。改變撲翼運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)攻角α?xí)r，主要影響升力Fl及繞Z軸的翻轉(zhuǎn)力矩Mz，其中Fl先隨著α的增大而增大，在攻角α達(dá)到約35-55°時(shí)，升力Fl達(dá)到最大，此后Fl隨著α的增大而減小。此外，升力Fl還隨著拍動(dòng)頻率n的增大而增大。同時(shí)

3、還給出了撲翼在前飛狀態(tài)下和懸停狀態(tài)下的氣動(dòng)力對(duì)比，結(jié)果顯示在前飛狀態(tài)下，下拍半個(gè)周期內(nèi)撲翼的升阻力幅值均大于懸停狀態(tài)。
　　在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建方面，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以水槽為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集昆蟲(chóng)模型各姿態(tài)下的受力信息，計(jì)算得到昆蟲(chóng)模型下一步姿態(tài)及目標(biāo)流速，再由主控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)昆蟲(chóng)模型的姿態(tài)控制。本文主要基于Labview(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)完成