可悬停微型扑翼飞行器的总体设计与控制仿真

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微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或者昆虫飞行方式的飞行器,相比固定翼和旋翼飞行器,扑翼飞行器具备仿生外形,飞行效率更高,具有独特的优势,更加符合微型飞行器进一步微小化发展的趋势。本文以可悬停微型扑翼飞行器为设计目标,提出了一种无尾八扑翼布局方案,设计了矢量推力操控方案,并进行了扑翼飞行器总体设计、气动分析与飞行控制仿真,最后完成了样机的制作与飞行试验。根据任务要求与设计指标,本文提出了一种无尾八扑翼的总体布局,并设计了对应的操控方案,对传动机构、机翼、动力系统等进行了详细设计。根据运动捕捉与测力试验的结果,建立了气动计算模型,对可悬停微型扑翼飞行器进行了三维数值仿真模拟,分析了扑动过程中机翼周围的流场特性,并研究了不同参数对扑翼产生升力的影响。结果表明增大扑动频率与扑动开合角可以提高升力,根据结果优化了扑动参数,提高了扑动机构所产生的升力。在气动分析与升力测试的基础上,建立了简化的飞行器数学模型,采用经典PID控制方法设计控制律,并进行了姿态和高度控制的仿真验证。制作了可悬停微型扑翼飞行器样机,进行了操纵方案验证与飞行性能测试,试飞效果良好,满足设计要求。
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