蜻蜓翅翼拍动机理研究和模拟装置研制

摘要

蜻蜓是地球上最古老的生命之一，经过了数十亿年的进化，其具有其他生物所不能比拟的优异的飞行能力。随着近年来仿生技术的发展，人们已经开始探索制造仿蜻蜓的微型飞行器。在制造这种飞行器之前，首先要对蜻蜓的飞行机理进行研究。
　　在本研究中首先利用流体分析软件FLUENT进行了前翅拍动时的流场分析，并计算得到翅翼所获得的升力。然后基于蜻蜓真实的翅翼样本，利用相应CAD软件分别建立了前、后翅翼的几何结构模型，并通过选择适当的单元类型及设定特性参数，完成三维仿蜻蜓前、后翅翼的有限元建模，将计算所得到的升力作为载荷使用有限元软件ANSYS进行了静力学分析，将由于受力所带来的翅翼变形带回流场计算中，进行流固耦合计算，并探讨了蜻蜓扑翼频率、扑翼形式、升力之间的关系。
　　其次，在对蜻蜓飞行机理研究的基础上，设计、制造了一台用于模拟蜻蜓飞行时翅翼拍动的试验装置。该装置中振动源选择压电陶瓷，控制系统选择使用LabVIEW编写。使用电容测微仪、加速度传感器对试验装置进行了实际工作情况的测试，测试结果表明能够不仅实现模拟蜻蜓单翅拍动，还能实现双翅同时拍动。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外仿生微扑翼飞行器研究的发展综述

1.2.1 国外仿生微扑翼飞行器研究的现状

1.2.2 国内仿生微扑翼飞行器研究的现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 仿生微扑翼飞行器机翼有限元模型的建立

2.1 仿蜻蜓翅翼有限元模型的建立

2.1.1 仿蜻蜓翅翼几何物理模型的建立

2.1.2 单元类型的选择

2.1.3 单元特性的定义

2.1.4 有限元网格划分

2.2 本章小结

第3章 蜻蜓扑翼飞行翅翼流固耦合分析

3.1 引言

3.2 蜻蜓拍翅时流场分析

3.2.1 模拟方法

3.2.2 数值计算思路及初始计算模型的确定

3.2.3 数值计算及结果讨论

3.3 蜻蜓翅翼拍动时的力学分析

3.4 修改后的流场分析

3.5 本章小结

第4章 蜻蜓翅翼拍动模拟试验装置研制

4.1 引言

4.2 蜻蜓翅翼拍动模拟试验装置设计要求

4.3 蜻蜓翅翼拍动模拟试验装置机械装置结构设计

4.3.1 总体结构设计

4.3.2 柔性铰链及支撑部件设计

4.4 控制系统设计

4.4.1 控制系统总体设计

4.4.2 控制系统软件设计

4.5 系统测试

4.5.1 软件功能及装置输出测试

4.5.2 固有频率测试

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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致 谢