题目：仿生扑翼飞行器和潜器研究

扑翼飞行和游动以其高效、低噪等特点在军事、民用等领域有着十分广阔的应用前景。目前，国内外对扑翼飞行的研究多集中在扑动模式和气动力计算方面，对于柔性扑翼与推力关系的研究较少；而仿生游动的研究以摆尾推进模式较多，胸鳍扑动式推进的研究则凤毛麟角。本文提取了飞行和游动的共性特点，将鸟类扑翼飞行与蝠鲼类动物的胸鳍推进游动结合起来进行研究，根据国内外对于飞行动物和胸鳍推进动物的研究成果，总结了动物的典型飞行方式和胸鳍推进动物的典型游动方式，研究了其翅膀（胸鳍）结构，确定了可以作为仿生对象的扑翼飞行和游动模式。本文分析了柔性翼扑动产生推力的机理，研究了扑翼对飞行器和潜器俯仰稳定性造成的影响，建立了采用柔性扑翼推进的小型扑翼飞行器样机和小型扑翼推进潜器样机。飞行和游动实验证明了柔性扑翼推进机制的合理性和有效性，以及扑翼飞行器和潜器俯仰稳定性模型的正确性。本文的主要研究工作如下：第一，根据国内外对于飞行动物和胸鳍推进动物的研究成果，总结动物的典型飞行方式和胸鳍推进动物的典型游动方式，研究其翅膀（胸鳍）结构，分析其扑翼推进机理，为仿生研究奠定基础。第二，针对仿鸟一维扑动模式，分析柔性机翼在进行一维扑动时产生推力的机理，采用二维势流模型对柔性扑翼上的流体动力进行分析和计算，重点研究柔性扑翼的扭转变形对推进力和推进效率的影响，得到扑翼推力和功率与各扑翼参数之间的关系，以指导扑翼飞行器和潜器柔性翼的设计。第三，针对扑翼对飞行器和潜器俯仰稳定性造成的影响，分析飞行器和潜器的俯仰稳定系统特性和扑翼给俯仰系统带来的扰动特点，据此提出改善扑翼飞行器和潜器稳定性的设计方法。第四，从系统集成的角度解决构建小型扑翼飞行器需要的能源动力、控制操纵、扑翼机构等问题，并根据前面的结论设计适合小型扑翼飞行器的柔性翼，研制出了小型扑翼飞行器样机。第五，借助扑翼飞行器的设计经验，将扑翼推进机理应用于水下，结合潜艇设计的一些方法，解决壳体设计、操纵、密封等关键技术，设计并制作出小型扑翼推进潜器样机。