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仿蝙蝠微型扑翼飞行器气动理论研究及结构优化设计

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仿蝙蝠微型扑翼飞行器气动理论研究及结构优化设计

作者：徐艺星哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微型扑翼飞行器模仿昆虫、鸟类和蝙蝠的扑翼飞行方式,噪音低、隐蔽性好、机动性高、与人接触伤害小。现有的大部分微型扑翼飞行器为仿昆虫和仿鸟飞行器,仿蝙蝠飞行器较少,已有的仿蝙蝠飞行器虽能实现翅膀的收拢展开,但还无法达到蝙蝠许... 详细信息

微型扑翼飞行器模仿昆虫、鸟类和蝙蝠的扑翼飞行方式,噪音低、隐蔽性好、机动性高、与人接触伤害小。现有的大部分微型扑翼飞行器为仿昆虫和仿鸟飞行器,仿蝙蝠飞行器较少,已有的仿蝙蝠飞行器虽能实现翅膀的收拢展开,但还无法达到蝙蝠许多高超的飞行能力,有待继续研究与改进。本文在仿蝙蝠微型扑翼飞行器气动理论研究的基础上,完成了结构优化设计和样机研制,主要包括以下内容:首先研究了生物蝙蝠的形态特征与飞行时的运动学,从中获取指导性与启发性信息。综合考虑飞行性能、可实现性与整机质量,对蝙蝠结构进行合理简化,完成仿蝙蝠飞行器结构的总体设计,包括实现翅膀收拢展开的前肢主动变形机构、腿部主动变形机构、翅膀拍动机构和机身,确定了整机自由度布局。根据准定常气动力理论与条带理论,完成仿蝙蝠机翼的茹科夫斯基升力和综合阻力计算,得到翼面关键的形状参数,再结合气动力计算理论,以匀速飞行时的平均升力最大为目标,基于MATLAB优化工具箱完成了机翼尺寸形状和骨架布局的优化设计。内侧翼使用高弹性有机硅薄膜以适应前肢的收拢展开变形,外侧翼使用高刚度风筝布以增大升推力。完成扑翼飞行器的前肢主动变形机构、拍动机构和腿部主动变形机构的优化设计。前肢主动变形机构基于瓦特六连杆,使用微型丝杠螺母副减速传动,分析了前肢连杆的运动学,完成了多目标尺寸优化设计。基于Solid Works Simulation有限元插件完成翼膜变形非线性拉力的计算和前肢连杆强度的校核,对轴向与径向载荷并存的丝杠螺母副进行了参数计算。拍动机构基于空间曲柄摇杆机构,使用二级齿轮减速传动,给定等幅与不等幅两种拍动规律并进行尺寸优化设计,计算两翼拍动功率并对减速齿轮弯曲强度进行有限元校核。腿部主动变形机构基于四连杆,通过连杆两种工作形态的运动学分析和多目标尺寸优化,得到较为紧凑的腿部机构。完成了两代样机的研制,初代样机使用六维力/力矩传感器进行气动力测量实验,得到了无自由来流时的升推力曲线。针对初代样机出现的问题改进设计,研制了二代样机,并进行悬线抛飞和无悬线自由抛飞实验,样机可以平稳飞行,还需要进一步提高升力以实现远距离自由飞行。

关键词：仿生蝙蝠扑翼飞行器气动理论优化设计

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蓝天圆梦——100年飞行中的20个里程碑

环球飞行 2003年第12期 62-67页

作者：王钟强金绮

人类第一架有动力，可操纵、能持续飞行的飞机升空是在1903年。至今整整100年了飞机是作为一种运载器具发明的，但它以其100年的历史给人类社会生活带来的变化远远大于比飞机历史悠久得多的船舶和各种车辆，它改变了人们的战争观改变了... 详细信息

人类第一架有动力，可操纵、能持续飞行的飞机升空是在1903年。至今整整100年了飞机是作为一种运载器具发明的，但它以其100年的历史给人类社会生活带来的变化远远大于比飞机历史悠久得多的船舶和各种车辆，它改变了人们的战争观改变了人们的时空观，成为拄术发展的带头羊成为国际政治，经济活动舞台上的重要筹码。这些作用是许多其他发明所无法比拟的。

关键词：运载器具飞行历史动力飞机气动理论莱特兄弟跨海飞行飞行试验空战飞行模式分段式环球飞行远程飞行单人环球飞行直升机飞行音障突破无人机

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麦克斯韦与物理学的发展

西昌师范高等专科学校学报 2002年第2期14卷 98-101页

作者：周继芳西昌师范高等专科学校物理系四川西昌615022

本文主要从电磁场理论和气动理论两个方面阐述了麦克斯韦对物理学发展所做出的巨大贡献。

关键词：麦克斯韦电磁场理论气动理论概率论

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李林塔尔牺牲百年志

航空史研究 1996年第2期 28-31页

作者：李成智北京航空航天大学社科系 100083

李林塔尔是航空发展史的重要人物。他的滑翔飞行对欧洲航空事业产生了巨大影响。也正是李林塔尔的牺牲,促使美国的莱特兄弟投身飞机发展事业,并最终研制成功第一架动力飞机。今年是李林塔尔牺牲100周年,在这100年中,航空技术取得了巨大... 详细信息

李林塔尔是航空发展史的重要人物。他的滑翔飞行对欧洲航空事业产生了巨大影响。也正是李林塔尔的牺牲,促使美国的莱特兄弟投身飞机发展事业,并最终研制成功第一架动力飞机。今年是李林塔尔牺牲100周年,在这100年中,航空技术取得了巨大成就。在19世纪的飞机发展中,探索动力飞行的人很多。总的说来,动力飞行的探索音往往表现出急于求成、轻视理论、不注重吸收前人成果的特征。这些特征注定了他们少成功而多失败的命运。19世纪飞机发明的时机还不够成熟,由于已经出现的汽油内燃机还需要进一步完善和轻小型化,才使19世纪的航空研究放在气动理论研究和进行滑翔机试验上。

关键词：动力滑翔机滑翔飞行李林 19世纪航空研究汽油内燃机航空发展动力装置气动理论航空事业

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大话航空之进化的机翼(一)

航空世界 2003年第11期 54-55页

作者：吴羽

机翼产生升力的原理作为人类目前最主要的飞行器,飞机自从问世之日起,其结构形式不断改进,类型不断增多,但基本都是由机冀、机身、尾翼.起落装置和动力装置所组成机翼是飞机的重要部件之一。它是飞机升力的主要来源。从1903年第一架飞... 详细信息

机翼产生升力的原理作为人类目前最主要的飞行器,飞机自从问世之日起,其结构形式不断改进,类型不断增多,但基本都是由机冀、机身、尾翼.起落装置和动力装置所组成机翼是飞机的重要部件之一。它是飞机升力的主要来源。从1903年第一架飞机诞生至今.在这100年的时间里.飞机的机翼已随着气动理论的完善,制造工艺的提高。

关键词：飞机机翼层流翼型空气动力学制造工艺气动理论升力系数航空发动机技术主要来源动力装置飞行性能

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化学激光器

中国光学 2001年第4期15卷 28-28页

TN248.5 2001042439DF/HF化学激光器喷管设计和数值模拟=Nozzle designand numerical simulation method of nozzle flow in DF/HF chemical lasers[刊,中]/袁圣付,华卫红,姜宗福,赵伊君(国防科技大学应用物理系.湖南,长沙(410073))//中国激光.-2001,28(1).-19-21简述了喷管作用和单个喷管型面设计中存在的问题,根据气动理论提出了一种喷管设计新方法;介绍了DF/HF激光器喷管流动数值模拟的控制方程、初边值条件和CS方法。参12(赵桂云)

关键词：化学激光器喷管流动流动数值模拟国防科技大学应用物理喷管设计型面设计设计新方法气动理论初边值条件

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直升机旋翼控制技术的研究进展探讨

科技资讯 2009年第7期7卷 15-15页

作者：赵慧炜尚大伟刘伟山西临汾61213部队

本文从空气动力学的角度分析了直升机旋翼的控制原理,然后利用CFD法中的欧拉方程对直升机旋翼控制流场计算方法做了研究,最后对直升机旋翼的可靠度分析方法做了简要的探讨。

关键词：气动理论 CFD法欧拉方程可靠度分析