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；但產生的位移較小，難以直接實現足夠大的翅翼振幅。當前實驗成功的一種方法是通過柔性鉸鏈放大機構將壓電驅動器產生的位移放大，從而實現翅翼較大幅度的拍動，但該結構較為復雜、驅動效率不高。
　　論文針對直接采用壓電驅動實現微撲翼飛行器飛行開展研究。依據飛行、驅動方

2、式的要求，對仿生翅翼進行結構改進，開展相關動力學分析。
　　為實現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，實現了較大的壓電形變。結合壓電雙晶片結構和共振激勵放大原理，依靠甲方單位壓電片的研究經驗和加工技術，設計了一種壓電雙晶片的驅動結構，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構，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構；為減輕翅脈的質量，采用靜

3、力學分析和模態(tài)分析，逐步對翅脈的結構進行了簡化，并驗證簡化后翅翼的結構特性。
　　論文進一步分析翅翼在壓電驅動器的作用下產生的氣動力性能。首先給出壓電陶瓷片與翅翼的裝配結構，根據壓電雙晶片的驅動原理，確定驅動力大小。然后對其進行瞬態(tài)動力學分析，為實現共振放大，驅動力的頻率應等于翅翼裝配結構的一階固有頻率，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，