孙卫, 冯春鹏

(北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100144)



仿蜻蜓扑翼飞行器机构设计及气动力研究

孙卫, 冯春鹏

(北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100144)

针对蜻蜓扑翼飞行机理与鸟类单翼飞行机理的不同,设计了一种双翅翼空间四杆扑翼机构,提出了一种非对称刚度柔性翅翼。该翅翼上拍时刚度较小,下拍时刚度较大,上拍时翅翼变形比下拍时翅翼变形大,空气阻力较小,可以提高每个拍动周期中的等效升力,从而有效减小飞行器飞行时的能耗速度,提高飞行效率。基于非定常空气动力学原理,建立了仿蜻蜓扑翼飞行器的动力学模型,对双翼挥拍过程中不同相位差下的升阻特性进行了分析,可为飞行过程中扑动模式的选择提供参考。

双翅翼; 非对称刚度; 相位差

0　引言

扑翼飞行涵盖了固定翼飞行和旋翼飞行的优点,可以实现快速地起飞、加速和悬停,具有高度的机动性和灵活性。蜻蜓具有两对独立控制的翅翼,所以其空气动力学特性与大部分昆虫显著不同[1]。近年来,对于鸟类这种单翼飞行的升力机理已取得了相当的技术成果[2-4],但是对于蜻蜓这类双翅翼的飞行机理研究还处于初级阶段。

本文设计了一种双翅翼仿蜻蜓扑翼机构,实现了两对翅膀的协调运动,通过拍打具有相位差的翅翼实现了悬停飞行,依靠阻力产生足够的升力来支撑机体重量。针对以往翅膀在正反方向拍动时刚度相同、扑翼飞行器的飞行能效性很低的缺点,提出一种非对称刚度柔性平板翼,并进行了理论分析和有限元仿真。……