考虑弹簧和运动副间隙的微扑翼飞行器翅翼机构动力学研究

摘要

基于仿生学原理的微扑翼飞行器在军事和民用上有极其重要的用途，近年来，引起了研究者的特别关注。翅翼机构是微扑翼飞行器中的关键组成部分，其动态特性的好坏直接影响微扑翼飞行器的性能。本论文以一种翅翼机构为研究对象，对其动力学性能进行了深入的研究。 仿生研究表明：翅翼机构相当于飞行动物的骨骼和关节，胸部肌肉类似于系统的驱动器，从这点出发，本文研究的翅翼机构为一种包含有弹簧的连杆机构。利用简化的片条理论计算作用于机构上的气动力。气动载荷波动会对电机造成冲击，研究表明：加入适当的弹簧能有效改善这种状况。本文建立了弹簧的优化设计模型，并提出了确定弹簧刚度系数与机构运转频率之间关系式的方法。 机构运动中，运动副间隙不可避免。本文利用Dubowsky的冲击副模型建立了含间隙、弹簧和有空气动力作用的机构动力学方程式，求解系统的最大Lyapunov指数，并作出系统运动的Poincare映射。研究表明含间隙翅翼机构在某些特定的机构运转速度、间隙大小和弹簧刚度系数的情况下存在混沌现象。 翅翼机构的运动与空气动力学之间有非常强的耦合作用。由于气动力是机构输出构件角速度的函数，因此，翅翼机构混沌运动时，气动力的波动可能会加剧，对飞行不利。为改善这种状况，本文对含间隙翅翼机构的动力综合进行了初步的研究。 本论文的建模、优化及仿真工作是利用MATLAB软件完成的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1课题的研究背景、目的和意义

1.2研究现状

1.2.1仿生研究现状

1.2.2含间隙机构研究现状

1.3对翅翼机构研究现状的思考

1.4本文的主要内容

第2章基本理论和方法概述

2.1引言

2.2机械优化设计

2.2.1优化设计数学模型

2.2.2优化方法选择和程序实现

2.3混沌的基本理论

2.3.1混沌定义及特征

2.3.1混沌的识别方法

2.3.3典型的混沌系统

2.4扑翼空气动力学分析

2.5本章小结

第3章翅翼机构和弹簧参数的优化设计

3.1引言

3.2仿生翅翼机构设计

3.2.1仿生原理

3.2.2翅翼机构构型设计

3.3翅翼机构运动学和动力学分析

3.4翅翼机构尺寸参数的优化设计

3.5加入弹簧前后机构的运动和受力比较

3.6弹簧参数的优化设计

3.6.1优化设计过程

3.6.2仿真结果

3.7本章小结

第4章含间隙翅翼机构的动力学建模

4.1引言

4.2含间隙翅翼机构的动力学建模

4.2.1含间隙翅翼机构的物理模型

4.2.2含间隙翅翼机构动力学建模

4.3含间隙翅翼机构的动态响应

4.4本章小结

第5章含间隙翅翼机构的混沌动力学分析

5.1引言

5.2含间隙翅翼机构的混沌动力学行为

5.2.1翅翼机构的混沌动力学行为

5.2.2混沌运动时机构的动态响应

5.3主要参数对扑翼机构混沌运动的影响

5.3.1间隙大小对翅翼机构混沌运动的影响

5.3.2弹簧刚度系数对翅翼机构混沌运动的影响

5.3.3曲柄转速对翅翼机构混沌运动的影响

5.4含间隙翅翼机构中弹簧刚度系数的优化设计

5.5本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文