仿生扑翼飞行器机构的设计及研究

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仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类或者昆虫飞行的飞行器。由于体积小、重量轻、成本低等特点,在国防以及民用方面都有应用。  通过昆虫飞行运动学测试系统测试了约束状态下蜻蜒(Anax goliathus Burmeister)、独角仙(Allomyrina dichotoma Linnaeus)、鸣鸣蝉(Oncotympane maculaticollis)飞行时的各项参数,分析了扑翼四个过程中的扑翼轨迹、翅膀变形几个方面进行。结果表明:蜻蜒的扑翼频率为22±3HZ,独角仙的扑翼频率为30±5HZ,鸣鸣蝉的扑翼频率为39±6HZ;蜻蜒扑翼轨迹为“8”字形,独角仙扑翼轨迹为类“8”字形,鸣鸣蝉扑翼轨迹为椭圆形;分析了翅膀在扑翼过程中的变形情况,发现了在下扑和仰旋阶段翅膀形状近似为伞状,这种伞状效应能有效提高升力。  以鸣鸣蝉翅膀为仿生研究对象,基于CAD软件设计昆虫翅膀的模型,使用环氧/碳纤维预浸料作为翅脉以及聚酰亚胺薄膜作为翅膜进行高温固化,制作仿昆虫柔性翼。用金属离子聚合物(IPMC)嵌入仿昆虫柔性翼中,作为柔性翼在扑翼过程中主动变形的驱动器,IPMC材料的尺寸由制作的柔性翼决定。并进行试验来观察并记录IPMC材料作为驱动源驱动柔性翼变形的过程。  采用双曲柄双摇杆结构来进行扑翼机构的设计,该扑翼机构稳定性较好。并对扑翼机构进行分析与计算,得出了最优的扑翼机构尺寸。使用Pro/E软件进行实体建模并进行仿真分析。在此基础上,加工出各个零件,并进行装配,设计制作仿昆虫扑翼机构。  
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