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仿蝴蝶微型扑翼机飞行原理及扑翼机构研究 摘要 微扑翼飞行器Flapping-wingmicroaerialvehicles模仿鸟类或昆虫的飞 行 原理,具有体积小、重量轻、隐身性好等优点,被广泛使用到军用和民用领域。 本文以仿蝴蝶微型扑翼机为研究对象,首先分析凤蝶的飞行参数,在此基础 上, 建立了仿蝴蝶扑翼机的参数化模型,研究了仿蝴蝶扑翼机的流体和扑翼机构 的 运动特性。 (1)对凤蝶的扑翼飞行和微观形态进行了整理和分析,获得了凤蝶扑翼 飞行的尺寸参数及运动参数,为仿蝴蝶扑翼机的数值建模和机构分析提供了 数 据参考。 (2)以流体仿真软件FLUENT为平台,采用参数化语言,建立了仿蝴蝶 流体分析模型,针对解决流场的动边界这一难点,采用动网格技术,对翼型的 流体动力学性能进行研究。流体仿真结果表明:涡流是产生高升力的主要原 因; 在大翼展、低频率扑动前提下,扑翼幅值与产生的升力和推力成正比。 (3)以平面四杆机构为基础,用解析法设计了具有急回特性的扑翼机构, 并以solidworks软件为平台,建立了扑翼机构的三维模型,进行了扑翼机 构的 运动仿真,将仿真结果与解析法设计的扑翼机构的运动特性进行比较,验证 了 解析法设计急回特性的扑翼机构的可行性和可靠性。 关键词:微扑翼飞行器,流体力学仿真,动网格技术,急回特性,运动仿真 I Abstract Flapping-wingmicroaerialvehiclesmimicbirdsorinsectflight principle,has theadvantageofsmallvolume,lightweight,goodstealthability, etc.,iswidelyused inmilitaryandcivilfields.Papilioischosentoresearchthe flappingwingflightand flightmechanisminthispaper.Theparametriclanguageisusedto constructed butterflywingmodeltocarryonmotionanalysisandthedesignof the flapping-wingmechanism1Researchedandanalyzedtheflappingwing flightandmicro-morphologyof thepapilio,obtaineditsdimensionparameterandmotionparameter, provideddata referencesforthenumericalmodelingandmechanicalmodelingofthe bionic ornithopter2Theimitatingbutterflyfluidsimulationmodeisbased onthe parameterizedmodelingmethodonFLUENTsoftwareplatform,tosolve theflow fieldofthemovingboundarythisproblem,usingthedynamicmesh technique, researchonhydrodynamicperformanceofairfoil.Fluidsimulation resultsshow: eddycurrentisthemaincauseofhighlift;inthelargespan,the lowfrequency , flutterpremise,flappingamplitudeisproportionaltoliftand thrustsgenerated3Basedontheanalyticalmethoddesigntheplane four-barlinkage,using quick-returncharacteristicstodesignflapping-wingmechanism,and makemotion analyses.Establishedthethree-dimensionalmodeloftheflapping wing,andmade motionsimulationonsolidworkssoftware.Theresearchresultsreveal thatthe flapping-wingmechanismmotionanalysiswhichiscomparedwith three-dimensionalm