《仿蠅類撲翼微飛行器傳動系統的動力學分析和實驗研究》是依託大連理工大學,由唐斌擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：仿蠅類撲翼微飛行器傳動系統的動力學分析和實驗研究
- 外文名：Dynamic Analysis and experimental study of fly-like flapping-wing Micro air vehicle transmission system
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：唐斌
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
仿蠅類撲翼微飛行器由於其自身尺寸小，機動性好，在軍事、救災、勘探等領域都有廣闊的套用前景。本項目擬對基於click機構的仿蠅類撲翼微飛行器傳動系統的動力學特性進行理論分析和物理實驗兩方面的研究。針對雙翅目昆蟲仿生學的分析和撲翼飛行阻尼特性的探討，建立該仿生傳動系統的非線性動力學模型。採用理論分析和數值計算的手段，分析系統的時域和頻域動力學回響、非線性特性、翅翼拍動頻率與升力、阻力的關係以及系統的功率消耗特點。在基於仿生學相似律分析的基礎上，設計出基於click機構的仿蠅類撲翼微飛行器的傳動機構，使用精密機械加工製造工藝製作相應的實驗裝置。測量該機構的升力和阻力等力學特性，採用高速攝影和PIV等技術獲得機構的撲翼運動特性。綜合比較不同仿生機械傳動系統的動力學特性、撲翼頻率和功率需求的關係，揭示不同系統的內在特徵和適用範圍，為進一步設計和研製新型撲翼微飛行器提供基本的理論和實驗支持。
結題摘要
仿生撲翼微飛行器在軍事、民用等領域都有廣闊的套用前景。本項目針對基於“click”機構的仿蠅類撲翼微飛行器傳動系統的動力學特性，進行理論分析和物理實驗研究。通過本項目的研究，取得了如下主要成果：(1) 使用碳纖維、聚醯亞胺膠帶和聚酯膜等，製作了含“click”機構的仿生撲翼微飛行器傳動系統。建立該非線性傳動系統的剛柔耦合多體動力學模型，簡化出非線性傳動系統的集中質量模型，進行系統的能耗分析。使用微力材料試驗機進行了非線性仿生傳動機構的恢復力測試，完成非線性傳動系統的運動規律實驗。(2) 使用有限容積法和動格線技術，建立了鹿蠅和“click”撲翼仿生微飛行器沿翼展和翼弦方向的二維空氣動力學模型。分析了按照正弦和“click”規律運動的鹿蠅翅翼和微飛行器仿生翅膀的二維空氣動力學特性，計算了仿生翅翼和鹿蠅翅翼在“click”機構和簡諧機構驅動下的升力。(3) 將簡化仿生微飛行器傳動系統的剛性翅膀單元，改進為既可產生彎曲變形、又可產生扭轉變形的分布質量梁單元。提出了一種複數表示的位移導納諧波平衡法的新數值方法，實現了線性柔性翅翼結構與非線性仿蠅類撲翼微飛行器傳動系統的拼接，進行了模型的動力學特性分析。(4) 研究了幾何非線性剛度對仿生飛行器基礎衝擊激勵的振動隔離。在小振幅激勵條件下，該仿生系統中的非線性剛度機制可以較好地抑制幾種典型基礎衝擊激勵對系統的影響。在固定線性阻尼比的條件下，不同的非線性幾何結構尺寸將會使系統處在大阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種情況。在小振幅條件下，將仿生非線性剛度系統的數學模型簡化為Duffing方程。使用了多種半解析法，分別得出了仿生傳動系統在初始速度激勵下瞬態回響的理論解。使用Hilbert變換，分析了瞬態振動的頻率和振幅變化特性。(5) 研究了幾何非線性阻尼對仿生飛行器的振動隔離，及其非線性傳遞特性。研究發現，仿生飛行器中的幾何非線性阻尼對環境激勵有較好的隔離效果，既可以抑制共振區的振動傳遞，又能較好地抑制結構在高頻區的振動回響。彈性元件對非線性特性的傳遞要遠小於該非線性阻尼元件，阻尼元件所傳遞力的時域回響曲線產生了明顯的非線性扭曲。(6) 結合傳動系統的簡化數學物理模型，提煉出了兩種類似的簡化非線性模型結構，進行參數識別研究，提出了骨架曲線和包絡曲線擬合法。
