微型扑翼飞行器的研究

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扑翼飞行器相对于其他飞行方式有巨大的优势,但由于其中复杂的动力学问题以及多学科交叉融合等种种难点,使得现在对于其的研究还处于初步阶段。在空气动力学方面,许多学者提出了种种计算扑翼飞行时的气动力学方法,但大多都是在有一定假设的前提下进行的,其结果并不能真正的反映真实情况。而机载器件的MEMS技术目前还不够完善,还不能将机载的重量进一步减小。扑翼飞行器在空中的鲁棒性控制也不够好,需要克服很多困难,提高对于扑翼飞行器的控制能力。本文仅针对基于曲柄摇杆机构的这种扑翼方式进行了相关方面的研究,并完成了微型扑翼飞行器的研制工作。   本文介绍了关于扑翼飞行的空气动力学相关原理,并基于对鸟类和昆虫的升力分析,分析了扑翼飞行的高升机理。简要介绍了早期扑翼飞行相关的气动理论,并对比了现代人们在研究扑翼飞行的气动力学时的研究方法,为后文微型扑翼飞行器的制作奠定一定的理论基础。   本文对比了几种不同的扑翼驱动方式,选择了基于曲柄摇杆机构的扑翼方式,在SolidWorks下面对这种模型进行了建模,并基于此模型在ADAMS和MATLAB下进行了联合仿真,对该结构模型进行了一定的优化分析。并根据此模型进行了加工制造,经过一定的修改,最终装配成功。   在尾翼设计方面,选择了平尾+垂尾这种尾翼方式,并基于前人的设计经验,在确定了机翼面积的基础上进一步确定了平尾和垂尾的面积。在控制系统方面,选择了8位的PIC16F616作为控制芯片,通过控制系统完成扑翼飞行器的飞行、转向以及智能避障等功能。最后在实验的基础上,确定了不同电压下的扑动频率以及升力和推力大小,并对实验室结果进行了一定的分析,并进一步进行试飞试验,微型扑翼飞行器能够成功飞行并完成相应的功能。
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