基于往复超声电机的直接驱动扑翼机的设计

摘要

微型飞行器具有尺寸小，携带方便，起飞不受场地影响和在天空不易被发现等优点，被广泛的应用于军事和民用领域。与微型固定翼和旋翼飞行器相比，扑翼微型飞行器主要特点是将举升、悬停和推进功能集成于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适于执行绕过障碍物等飞行。对于微小尺寸的飞行器，扑翼产生的非定常升力比固定翼定常升力要大得多。从推进力方面来看，扑翼推进效率也比螺旋桨推进效率要高。
　　常规扑翼机的驱动机械机构扑动效率低，能量损耗大，本论文提出一种基于往复超声电机直接驱动的新型扑翼机设计。利用超声电机可以定点相位、产生大扭矩的特点来实现直接往复驱动，避免使用减速与曲柄摇杆机构来实现周期扑动。
　　论文结合微型扑翼飞行器的设计方法，进行了直接驱动微型扑翼飞行器的总体设计、气动特性分析以及控制技术的研究。研究了基于往复超声电机的新型直接驱动扑翼微型飞行器的气动外形、总体结构。在CATIA三维建模的基础上，利用嵌套网格技术对扑翼机典型状态下的低雷诺数空气动力学性能进行了计算与分析，并设计了实现直接扑动的控制算法，编写了程序，实现了扑翼一定扑动频率和一定扑动幅度下的直接驱动。
　　最后完成了实物样机的制作，进行了实验研究。实验研究结果表明，本文设计制造的直接驱动微型扑翼飞行器能够实现扑翼一定扑动频率和一定扑动幅度下的直接驱动。表明本文所做的工作对直接驱动扑翼机的研究有一定的指导意义。

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注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2扑翼微型飞行器的概述

1.3仿生扑翼机驱动机构的研究现状

1.4本文的研究目的和主要内容

第二章 超声电机

2.1超声电机原理

2.2超声电机分类

2.3 超声电机与电磁电机的比较

2.4 本章小结

第三章 直接驱动扑翼机总体设计与气动特性分析

3.1 直接驱动扑翼机总体设计

3.2基于 23D MUFS求解器的气动分析基础

3.3非结构嵌套网格方法

3.4网格划分及相关参数设置

3.5直接驱动扑翼微型飞行器气动特性分析

3.6本章小结

第四章 直接驱动扑翼微型飞行器控制设计与样机制作

4.1 直接驱动扑翼微型飞行器控制系统设计

4.2直接驱动扑翼微型飞行器控制软件设计

4.3直接驱动扑翼微型飞行器控制律设计

4.4物理样机制作

4.5本章小结

第五章 总结与展望

工作总结：

后续研究展望：

参考文献

致谢

硕士在学期间的研究成果及发表的学术论文