仿生学和空气动力学理论的成熟,推进了微扑翼飞行器的研究。根据微扑翼飞行器机翼的扑动特点,研究者们希望使用压电元件作为机翼的驱动器。压电元件具有体功率密度大、响应频率高的突出优点;但产生的位移较小,难以直接实现足够大的翅翼振幅。当前实验成功的一种方法是通过柔性铰链放大机构将压电驱动器产生的位移放大,从而实现翅翼较大幅度的拍动,但该结构较为复杂、驱动效率不高。论文针对直接采用压电驱动实现微扑翼飞行器飞行开展研究。依据飞行、驱动方式的要求,对仿生翅翼进行结构改进,开展相关动力学分析。为实现翅翼较大幅度的拍动,论文开展合作改进压电材料性能的研究,实现了较大的压电形变。结合压电双晶片结构和共振激励放大原理,依靠甲方单位压电片的研究经验和加工技术,设计了一种压电双晶片的驱动结构,将翅翼作为压电双晶片的中间层,并提出了对翅翼的设计要求。论文采用仿蜻蜓的翅翼结构,由翅脉和翅膜粘接而成。翅脉作为翅翼在扑动过程中主要的承力结构;为减轻翅脉的质量,采用静力学分析和模态分析,逐步对翅脉的结构进行了简化,并验证简化后翅翼的结构特性。论文进一步分析翅翼在压电驱动器的作用下产生的气动力性能。首先给出压电陶瓷片与翅翼的装配结构,根据压电双晶片的驱动原理,确定驱动力大小。然后对其进行瞬态动力学分析,为实现共振放大,驱动力的频率应等于翅翼装配结构的一阶固有频率,求解得到翅翼尖端在垂直于翅翼方向不同时刻的位移,使用MATLAB拟合得到翅翼的扑动规律。在Fluent中,使用UDF自定义函数,对在该驱动结构下翅翼的扑动进行气动力分析,得到前翅在一个扑动周期中周围流场的变化情况,验证了昆虫的高升力机制—“不失速机制”。最后分析初始扑动角、扑动幅值、扑动频率对气动力的影响,为之后飞行器的扑动实验施加的驱动信号提供了参考。论文的工作为翅翼设计提供了进一步优化改进的方向。