哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 升力的机理阿。l991年Delaurier等人成功试飞了无线电遥控的由发动机驱动 的扑翼机，并给出了其飞行动力学模型☑。1994年Smith用有限元法和气动翼 段法建立了飞蛾翅膀的弹性动力学与空气动力学耦合模型，研究了在气动力和 惯性力作用下翼的各阶弯曲和扭转振型，并与刚性翼模型进行了对比[8.1996 年英国剑桥大学的Ellington等人为研究扇翅周围的旋涡，研制了雷诺数与天蛾 相同的扇翅模型一扇板，此扇板在下扇时产生一种强烈的前缘旋涡，力量很 大，是对升力的一种解释9.1997年Hall等人提出一种使扑翼大幅值拍打产生 升力和推力的最小环流分布的计算方法1o。Jones等人系统地分析计算了单扑 翼和前后组合扑翼的非定常流场、推力和功率山。1999年美国加州大学的 Michael Dickinson等人对机械翅在一个装满矿物油的油罐中进行试验，模拟昆 虫在低雷诺数下的飞行情况，得出了昆虫依靠延后失速、旋转循环与尾流捕获 的共同作用来产生高升力的结论2。Jones研制出一个具有上下两对均可产生 拍打和俯仰运动的翼展为1270mm的扑翼机构，并进行了风洞试验。由此可以 看出，国际上关于扑翼的研究已经从单纯理论分析计算开始转向研制实际扑翼 机构。 微扑翼飞行器的兴起与美国国防高级研究计划局(DARPA)的重视也是分不 开的。早在1982年，美国加州大学伯克利分校就开始进行微型扑翼飞行的运 动机理和空气动力学的试验研究，并在十几年研究的基础上于1998年开始实 施微型扑翼飞行昆虫(MF)的研究计划，目的是模拟苍蝇的独特飞行性能，设 计出一种能够独立自主操纵的微飞行机器3,1，如图1-1所示。 美国乔治亚理工学院(GTRI)的"Entomopters"是工程师Michelson和他的 助手研制的仿昆虫微扑翼飞行器，如图1-2所示。这种微型飞行器有着与蝴蝶 翅膀相似的机翼，机翼采用特殊结构和材料制成，可在一种往复式化学肌肉驱 动(RCM)下上下振动，机翼上下振动能根据昆虫飞行原理提供升力，并使飞行 器具有盘旋能力，尾部的天线能够增加平衡作用51)。与此同时，日本东京大 学也正在着手基于MEMS技术和昆虫飞行原理研究几个毫米大小的微飞行机 器人，他们设计了一种可在交变磁场中振动翅膀的飞行机器人，翅膀的材料为 聚酰亚胺和镍，当把此微型飞行机器人放入到交变磁场中后，翅膀上的镍薄将 带动翅膀上下振动。 -3哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 3 - 升力的机理[6]。1991 年 Delaurier 等人成功试飞了无线电遥控的由发动机驱动 的扑翼机，并给出了其飞行动力学模型[7]。1994 年 Smith 用有限元法和气动翼 段法建立了飞蛾翅膀的弹性动力学与空气动力学耦合模型，研究了在气动力和 惯性力作用下翼的各阶弯曲和扭转振型，并与刚性翼模型进行了对比[8]。1996 年英国剑桥大学的 Ellington 等人为研究扇翅周围的旋涡，研制了雷诺数与天蛾 相同的扇翅模型——扇板，此扇板在下扇时产生一种强烈的前缘旋涡，力量很 大，是对升力的一种解释[9]。1997 年 Hall 等人提出一种使扑翼大幅值拍打产生 升力和推力的最小环流分布的计算方法[10]。Jones 等人系统地分析计算了单扑 翼和前后组合扑翼的非定常流场、推力和功率[11]。1999 年美国加州大学的 Michael Dickinson 等人对机械翅在一个装满矿物油的油罐中进行试验，模拟昆 虫在低雷诺数下的飞行情况，得出了昆虫依靠延后失速、旋转循环与尾流捕获 的共同作用来产生高升力的结论[12]。Jones 研制出一个具有上下两对均可产生 拍打和俯仰运动的翼展为 1270mm 的扑翼机构，并进行了风洞试验。由此可以 看出，国际上关于扑翼的研究已经从单纯理论分析计算开始转向研制实际扑翼 机构。 微扑翼飞行器的兴起与美国国防高级研究计划局(DARPA )的重视也是分不 开的。早在 1982 年，美国加州大学伯克利分校就开始进行微型扑翼飞行的运 动机理和空气动力学的试验研究，并在十几年研究的基础上于 1998 年开始实 施微型扑翼飞行昆虫(MFI)的研究计划，目的是模拟苍蝇的独特飞行性能，设 计出一种能够独立自主操纵的微飞行机器[13, 14]，如图 1-1 所示。 美国乔治亚理工学院(GTRI)的 "Entomopters" 是工程师 Michelson 和他的 助手研制的仿昆虫微扑翼飞行器，如图 1-2 所示。这种微型飞行器有着与蝴蝶 翅膀相似的机翼，机翼采用特殊结构和材料制成，可在一种往复式化学肌肉驱 动(RCM)下上下振动，机翼上下振动能根据昆虫飞行原理提供升力，并使飞行 器具有盘旋能力，尾部的天线能够增加平衡作用[15~18]。与此同时，日本东京大 学也正在着手基于 MEMS 技术和昆虫飞行原理研究几个毫米大小的微飞行机 器人，他们设计了一种可在交变磁场中振动翅膀的飞行机器人，翅膀的材料为 聚酰亚胺和镍，当把此微型飞行机器人放入到交变磁场中后，翅膀上的镍薄将 带动翅膀上下振动