中图分类号：TP242 学校代码：10856 学 号：M010312112 上海工程技术大学硕士学位论文 仿生扑翼飞行器柔性翅翼及 驱动机构的研究 作者姓名：徐杨 指导教师：金晓怡 专 业：机械设计及理论 学院：机械工程学院 申请学位：工学硕士 完成时间：2014年12月 评阅人： 答辩委员会主席： 成员： 万方数据
中图分类号：TP242 学校代码：10856 学 号：M010312112 上海工程技术大学硕士学位论文 仿生扑翼飞行器柔性翅翼及 驱动机构的研究 评阅人： 答辩委员会 主席： 成员： 作者姓名：徐杨 指导教师：金晓怡 专 业：机械设计及理论 学 院：机械工程学院 申请学位：工学硕士 完成时间：2014 年 12 月 万方数据
University Code:10856 Student ID:M010312112 RESARCH ON THE FLEXIBLE WINGS FLAPPING WING AIRCRAFT AND DRIVE MECHANISM Candidate: Xu Yang Supervisor:Jin Xiaoyi Major:Mechanical Design and Theory College of Mechanical Engineering Shanghai University of Engineering Science Shanghai,P.R.China December,2014 万方数据
University Code：10856 Student ID:M010312112 RESARCH ON THE FLEXIBLE WINGS FLAPPING WING AIRCRAFT AND DRIVE MECHANISM Candidate： Xu Yang Supervisor： Jin Xiaoyi Major： Mechanical Design and Theory College of Mechanical Engineering Shanghai University of Engineering Science Shanghai, P.R. China December, 2014 万方数据
上海工程技术大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年月日 万方数据
上海工程技术大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 万方数据
上海工程技术大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人 授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年月日 日期： 年月 日 万方数据
上海工程技术大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人 授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 万方数据
仿生扑翼飞行器柔性翅翼及驱动机构的研究 摘 要 与传统的固定翼飞行器和旋翼飞行器相比，仿生扑翼飞行器的主要特点是翅翼在 扑动时能同时产生升力和推力，与此同时还具有效率高、机动性能好、噪音小、不需 要专门起飞着陆场地等多个特点。因此，研究人员设计并开发仿生扑翼飞行器有着非 常重要的科学意义，而且拥有广泛的应用前景，各国的研究人员对这一领域的发展都 十分关注。 通过检索相关文献汇总国内外对昆虫和鸟类飞行机理的研究进展，从鸟翼和昆虫 翼的构造出发，分别分析它们的飞行机理，特别是昆虫飞行中产生高升力的几种机制 研究现状与进展，通过对比分析昆虫和鸟类扑翼飞行之间的差异，提出了本文是将仿 生扑翼飞行器柔性翅翼及驱动机构的研究，集中在模仿昆虫的扑翼飞行理论的基础上 来进行。 通过对比目前几种驱动机构的优缺点，采用Solidworks的建模技术，选择由直流 电机驱动的曲柄摇杆机构作为本文研究扑翼飞行器的驱动机构，选择并计算出与电机 相匹配的二级圆柱齿轮减速器的参数。将在Solidworks中建立的驱动机构模型导入 Adams中，利用Adams的运动学仿真模块针对所设计的不同方案进行运动学仿真， 并对仿真结果进行分析，以期获得最优的参数方案。 学习CPD计算流体力学软件中Fluent的使用，并且运用用户自定义功能(UDF), 通过C语言编程对该软件的使用进行了二次开发。本文通过采用Spalart-Allmaras模 型，同时增强壁面函数中的要求，利用ICEM CFD中Exponentioal2划分规则对翅翼 模型的外壁面做了特殊处理，获取到昆虫翅翼在流场运动时的二维网格。 采用Fluent计算方法模拟出翅翼周围的流场，得到翅翼扑动过程中的升阻力特性。 通过比较单自由度的刚性翅翼与柔性翅翼之间的升阻力特性的特点，得出在具有相同 的初始和运动条件下，与刚性翅翼相比，柔性翅翼的升力在即使有所下降的情况下， 水平方向的力则由阻力变成了推力，提高的翅翼扑动过程中的效率这一结论。 关键词：扑翼飞行，飞行机理，驱动机构，柔性翅翼，运动学仿真 万方数据
I 仿生扑翼飞行器柔性翅翼及驱动机构的研究 摘 要 与传统的固定翼飞行器和旋翼飞行器相比，仿生扑翼飞行器的主要特点是翅翼在 扑动时能同时产生升力和推力，与此同时还具有效率高、机动性能好、噪音小、不需 要专门起飞着陆场地等多个特点。因此，研究人员设计并开发仿生扑翼飞行器有着非 常重要的科学意义，而且拥有广泛的应用前景，各国的研究人员对这一领域的发展都 十分关注。 通过检索相关文献汇总国内外对昆虫和鸟类飞行机理的研究进展，从鸟翼和昆虫 翼的构造出发，分别分析它们的飞行机理，特别是昆虫飞行中产生高升力的几种机制 研究现状与进展，通过对比分析昆虫和鸟类扑翼飞行之间的差异，提出了本文是将仿 生扑翼飞行器柔性翅翼及驱动机构的研究，集中在模仿昆虫的扑翼飞行理论的基础上 来进行。 通过对比目前几种驱动机构的优缺点，采用 Solidworks 的建模技术，选择由直流 电机驱动的曲柄摇杆机构作为本文研究扑翼飞行器的驱动机构，选择并计算出与电机 相匹配的二级圆柱齿轮减速器的参数。将在 Solidworks 中建立的驱动机构模型导入 Adams 中，利用 Adams 的运动学仿真模块针对所设计的不同方案进行运动学仿真， 并对仿真结果进行分析，以期获得最优的参数方案。 学习CFD计算流体力学软件中Fluent的使用，并且运用用户自定义功能（UDF）， 通过 C 语言编程对该软件的使用进行了二次开发。本文通过采用 Spalart-Allmaras 模 型，同时增强壁面函数中的要求，利用 ICEM CFD 中 Exponentioal2 划分规则对翅翼 模型的外壁面做了特殊处理，获取到昆虫翅翼在流场运动时的二维网格。 采用 Fluent 计算方法模拟出翅翼周围的流场，得到翅翼扑动过程中的升阻力特性。 通过比较单自由度的刚性翅翼与柔性翅翼之间的升阻力特性的特点，得出在具有相同 的初始和运动条件下，与刚性翅翼相比，柔性翅翼的升力在即使有所下降的情况下， 水平方向的力则由阻力变成了推力，提高的翅翼扑动过程中的效率这一结论。 关键词：扑翼飞行，飞行机理，驱动机构，柔性翅翼，运动学仿真 万方数据