仿昆扑翼微飞行器概念设计及应用

章绪论1.1 研究背景和工程意义及国内外研究现状综述 1.1.1 课题研究背景和工程意义 1.1.2 双翅目昆虫翅拍模型的研究概况 1.1.3 国外仿昆扑翼微飞行器的研究近况 1.1.4 国内仿昆扑翼微飞行器的研究概况1.2 课题研究目标和研究内容 1.2.1 课题研究目标 1.2.2 研究内容第二章扩展准稳态气动和惯性力及力矩模型2.1 扑翼悬飞气动力分析模型的研究概况2.2 扑翼形貌学参数化 2.2.1 翅膀形貌的描述 2.2.2 翅膀形貌的无量纲参数化2.3 翅膀运动学2.4 扩展的准稳态气动和惯性力及力矩模型2.4.1 源自平动环量的气动力和气动力矩 2.4.2 源自转动环量的气动力和气动力矩 2.4.3 气动阻尼力矩 2.4.4 虚拟质量力和力矩 2.4.5 作用在翅平面上的总的法向气动力 2.4.6 翅平面固定坐标系下的合气动力矩 2.4.7 惯性力和力矩 2.4.8 翅平面固定坐标系下的气动和惯性力力矩的数值预测2.5 气动力和气动力矩模型的验证和生效 2.5.1 右翅翅根参考坐标系下的水平方向的力和垂直方向的力 2.5.2 右翅翅根参考坐标下的力矩 2.5.3 生效和验证2.6 小结第三章仿昆扑翼微飞行器悬飞翅拍动力学分析3.1引言3.2 扩展的准稳态气动力和力矩模型简述 3.2.1 翅平面固定参考坐标下的气动力 3.2.2 翅平面固定参考坐标下的气动力矩 3.2.3 右翅翅根参考坐标系下的力矩3.3 悬飞翅拍动力学的建模3.4 两自由度非线性翅拍ODEs的数值求解 3.4.1 分别对两个耦合的翅拍动力学方程的进行数值求解 3.4.2 两个耦合的翅拍动力学方程的耦合数值求解 3.4.3 俯仰角相对于拍打角相位偏置的调节3.5 小结第四章扑翼悬飞能耗最小时翅膀形貌和运动参数的优化4.1 引言4.2 扑翼形貌学参数化 4.2.1 翅膀形貌的描述4.2.2 翅膀形貌的无量纲参数化 4.2.3 针对动态比例可缩放翅膀的无量纲参数化的描述4.3 翅膀运动学4.4 扩展的准稳态气动力和力矩模型 4.4.1 针对动态机械比例翅模型的平动气动力系数 4.4.2 翅平面固定坐标下的气动力和力矩 4.4.3 右侧翅根坐标系下的水平力和垂直力 4.4.4 右翅翅根参考坐标下的气动力矩4.5 针对优化分析的功率密度模型4.6 翅膀几何或和运动学参数优化 4.6.1 最优化问题的公式化 4.6.2 翅膀几何参数优化结果和灵敏度分析 4.6.3 翅膀运动学参数的优化和灵敏度分析4.6.4 翅膀几何学和运动学参数的组合优化结果及灵敏度分析 4.6.5 果蝇悬飞时的初始数据与五类最优化结果的对比 4.6.6 关于优化结果应用于扑翼微飞行器仿昆设计的几点建议4.7 小结第五章悬飞仿昆扑翼微飞行器的概念设计5.1 问题研究背景5.2 仿昆振翅动力学系统的动力学问题 5.2.1 翅膀拍打运动的集总参数模型–翅拍动力实现和维持 5.2.2 翅膀被动扭转运动的集总参数化扭转柔性模型5.3 悬飞能量 5.3.1 压电驱动器的尺寸化 5.3.2 飞行时长 5.3.3 飞行速度和范围5.4 扑翼动力学和翅膀结构-惯性效率5.5扑翼悬飞概念设计软件5.6 用扩展准稳态模型预测FWMAV悬飞和低速前飞时的优选航程5.7 小结第六章悬飞仿昆扑翼微飞行器的样机研制6.1 仿昆扑翼微飞行器的样机研制目标6.2 仿昆FWMAV驱动方式的选择 6.2.1 几种线性微驱动器的特点 6.2.2 微驱动器的关键性能指标对比和方案选择 6.2.3 微驱动器驱动电源6.3 压电驱动器的设计原理、制造工艺和测试 6.3.1 压电驱动器的设计原理 6.3.2 双晶片压电悬臂梁式驱动器的理论预测模型 6.3.3 压电驱动器的制造工艺 6.3.4 压电驱动器的性能指标测试6.4柔顺传动机构的设计和制造工艺 6.4.1 双翅目仿生翅拍机构 6.4.2 柔顺传动机构的运动学分析 6.4.3 柔顺传动机构的制造工艺6.5 仿昆翅膀的设计和制造工艺 6.5.1 仿昆翅膀的设计 6.5.2 仿昆翅膀的制造工艺6.6 压电驱动FWMAV样机的装配和振翅试验 6.6.1 三轴移动平台和悬飞攀升测试平台 6.6.2 FWMAV的实时振翅实验和悬飞攀升测试6.7 小结第七章总结与展望7.1 工作总结7.2 主要创新点7.3 研究展望