仿蝴蝶微型扑翼机飞行原理及扑翼机构研究
摘要
微扑翼飞行器Flapping-wing micro aerial vehicles模仿鸟类或昆虫的飞行
原理，具有体积小、重量轻、隐身性好等优点，被广泛使用到军用和民用领域。
本文以仿蝴蝶微型扑翼机为研究对象，首先分析凤蝶的飞行参数，在此基础上,
建立了仿蝴蝶扑翼机的参数化模型，研究了仿蝴蝶扑翼机的流体和扑翼机构的
运动特性。
(1)对凤蝶的扑翼飞行和微观形态进行了整理和分析，获得了凤蝶扑翼
飞行的尺寸参数及运动参数，为仿蝴蝶扑翼机的数值建模和机构分析提供了数
据参考。
(2)以流体仿真软件 FLUENT 为平台，采用参数化语言，建立了仿蝴蝶
流体分析模型，针对解决流场的动边界这一难点，采用动网格技术，对翼型的流体动力学性能进行研究。流体仿真结果表明：涡流是产生高升力的主要原因;
在大翼展、低频率扑动前提下，扑翼幅值与产生的升力和推力成正比。
(3)以平面四杆机构为基础，用解析法设计了具有急回特性的扑翼机构,
并以 solidworks 软件为平台，建立了扑翼机构的三维模型，进行了扑翼机构的
运动仿真，将仿真结果与解析法设计的扑翼机构的运动特性进行比较，验证了
解析法设计急回特性的扑翼机构的可行性和可靠性。
关键词：微扑翼飞行器，流体力学仿真，动网格技术，急回特性，运动仿真
I
Abstract
Flapping-wing micro aerial vehicles mimic birds or insect flight principle, has
the advantage of small volume, light weight, good stealth ability, etc., is widely used
in military and civil fields. Papilio is chosen to research the flapping wing flight and
flight mechanism in this paper. The parametric language is used to constructed
butterfly wing model to carry on motion analysis and the design of the
flapping-wing mechanism1 Researched and analyzed the flapping wing flight and micro-morphology of
the papilio, obtained its dimension parameter and motion parameter,
provided data
references for the numerical modeling and mechanical modeling of the bionic
ornithopter 2The imitating butterfly fluid simulation mode is based on the
parameterized modeling method on FLUENT software platform, to solve the flow
field of the moving boundary this problem, using the dynamic mesh technique,
research on hydrodynamic performance of airfoil. Fluid simulation results show:
eddy current is the main cause of high lift; in the large span, the low frequency
,
flutter premise, flapping amplitude is proportional to lift and thrust s generated3Based on the analytical method design the plane four-bar linkage, using
quick-return characteristics to design flapping-wing mechanism, and make motion
analyses. Established the three-dimensional model of the flapping wing, and made
motion simulation on solidworks software. The research results reveal
that the
flapping-wing mechanism motion analysis which is compared with
three-dimensional model simulated analysis is feasible and reliable  Keyword: Flapping-wing micro aerial vehicles, fluid dynamics simulation,
dynamic mesh, quick-return characteristics, motion simulation
II南昌航空大学硕士学位论文目录
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论1
1.1 引言.1
1.2 微型扑翼飞行器的研究现状及分析2
1.2.1 国外研究现状..3
1.2.2 国内研究现状..5
1.3 本文的研究目的及意义..7
1.3.1 微型扑翼飞行器的研究目的..7
1.3.2 拟解决的技术问题7
1.4 本文的内容安排..8
第2章昆虫扑翼飞行原理及蝴蝶翅形态结构9
2.1 昆虫扑翼飞行原理.9
2.1.1 雷诺数..9
2.1.2 昆虫的飞行机理..10
2.1.3 蝴蝶的飞行机理..13
2.2 蝴蝶翅形态结构14
2.2.1 蝴蝶翅气动外形特质14
2.2.2 蝴蝶翅三维形状测量15
2.2.3 自由飞行时蝴蝶翅形态结构16  2.3 蝴蝶翅微观形态17
2.3.1 翅的表观结构18
generated2.3.2 翅的断面结构19
2.4 本章小结19
第3章仿生扑翼模型的流场分析21  3.1 FLUENT软件简介..21
3.1.1 FLUENT软件求解步骤..21
III南昌航空大学硕士学位论文目录3.1.2 求解控制方程22
3.2 翼型的流场数值计算.23
3.2.1 翼型建模及网格化.23
3.2.2 翼型的流场计算..24
3.3 翅翼拍动中流场的数值模拟.27  3.3.1 动网格技术.27
3.3.2 动态数值分析28
3.3.3 拍打振幅对扑翼运动的影响31

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