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题目:新型微小扑翼驱动器研究

关键词:扑翼,微驱动器,静电驱动,试验研究

  摘要



        微小扑翼飞行器通常具有尺寸小、行动灵活、隐蔽性好、便于携带等特点,能完成大型智能机器人系统不能完成的多种任务,无论在军事还是民用领域都有着广阔的应用前景。微小扑翼飞行器主要由能量源,驱动器,传动机构和扑翼构成,其中驱动器是最为核心的部件,其性能直接决定了飞行器的整体性能。目前,国内外对微小扑翼驱动器的研究还远远不够,现有的扑翼驱动器结构复杂、效率低,所产生的升力尚不能维持飞行器进行独立飞行,因此需要进行更深入的研究。

        本文基于微梁在静电场中自激振动现象,提出了一种简单、高效的微小扑翼驱动器。首先,对飞行生物的飞行原理和现有的微小扑翼驱动器进行调研,在此基础上,分析论文所提出的微小扑翼驱动器的优势。然后,为了增大驱动器的输出功率,对驱动器中的核心部件微梁进行结构设计,主要手段为理论计算、模态分析和电磁固耦合分析;为了增大驱动器的升力效率,一方面,参照真实昆虫飞行时翅尖的椭圆和“8”字形轨迹,对该驱动器的电极进行设计并开展试验研究,另一方面,参照真实昆虫飞行时翅膀自身扭转和柔性变形,对该驱动器的扑翼结构进行振动试验测试与研究。最后,综合上述扑翼驱动器的理论与试验研究结果,设计了单扑翼驱动器的构型和升力验证装置,并证明该驱动器中扑翼的自激振动能够产生有效的升力,另外,还设计了双扑翼的构型和试验测试系统并对该驱动器的部分输出参数进行数据测量和分析。

        本论文提出的基于结构自激振动原理的微小扑翼驱动器,具有结构简单、效率高的优点,在未来扑翼飞行器中很有应用潜力。另外,通过合理设计驱动器的各个结构参数,可实现同真实昆虫扑翼的复杂三维运动,并能够产生足够的升力。本论文的理论与试验研究结果将为该驱动器的后续应用研究奠定基础。