壓電撲翼微型飛行器翅翼設計與動力學分析.pdf

1、仿生學和空氣動力學理論的成熟，推進了微撲翼飛行器的研究。根據(jù)微撲翼飛行器機翼的撲動特點，研究者們希望使用壓電元件作為機翼的驅(qū)動器。壓電元件具有體功率密度大、響應頻率高的突出優(yōu)點；但產(chǎn)生的位移較小，難以直接實現(xiàn)足夠大的翅翼振幅。當前實驗成功的一種方法是通過柔性鉸鏈放大機構(gòu)將壓電驅(qū)動器產(chǎn)生的位移放大，從而實現(xiàn)翅翼較大幅度的拍動，但該結(jié)構(gòu)較為復雜、驅(qū)動效率不高。
　　論文針對直接采用壓電驅(qū)動實現(xiàn)微撲翼飛行器飛行開展研究。依據(jù)飛行、驅(qū)動方

2、式的要求，對仿生翅翼進行結(jié)構(gòu)改進，開展相關動力學分析。
　　為實現(xiàn)翅翼較大幅度的拍動，論文開展合作改進壓電材料性能的研究，實現(xiàn)了較大的壓電形變。結(jié)合壓電雙晶片結(jié)構(gòu)和共振激勵放大原理，依靠甲方單位壓電片的研究經(jīng)驗和加工技術(shù)，設計了一種壓電雙晶片的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，將翅翼作為壓電雙晶片的中間層，并提出了對翅翼的設計要求。
　　論文采用仿蜻蜓的翅翼結(jié)構(gòu)，由翅脈和翅膜粘接而成。翅脈作為翅翼在撲動過程中主要的承力結(jié)構(gòu)；為減輕翅脈的質(zhì)量，采用靜

3、力學分析和模態(tài)分析，逐步對翅脈的結(jié)構(gòu)進行了簡化，并驗證簡化后翅翼的結(jié)構(gòu)特性。
　　論文進一步分析翅翼在壓電驅(qū)動器的作用下產(chǎn)生的氣動力性能。首先給出壓電陶瓷片與翅翼的裝配結(jié)構(gòu)，根據(jù)壓電雙晶片的驅(qū)動原理，確定驅(qū)動力大小。然后對其進行瞬態(tài)動力學分析，為實現(xiàn)共振放大，驅(qū)動力的頻率應等于翅翼裝配結(jié)構(gòu)的一階固有頻率，求解得到翅翼尖端在垂直于翅翼方向不同時刻的位移，使用MATLAB擬合得到翅翼的撲動規(guī)律。在Fluent中，使用UDF自定義函數(shù)，