机械工程学报

作者：贺媛媛, 王琦琛, 张航, 杨炫, 李傲

单位：北京理工大学宇航学院 北京 100081

关键词：扑旋翼,传动机构,动力学分析,功率,刚度优化；

基金：国家自然科学基金资助项目（11972079）。

仿生扑旋翼微型飞行器目前仍沿用传统的齿轮连杆传动机构，电机需同时克服扑翼的惯性力和气动力做功导致机械效率低。通过理论和数值模拟及实验方法定量分析在机构中引入弹簧对提高其机械效率的作用。首先，基于一个扑旋翼实物模型建立无弹簧原始拍动机构和设置两种弹簧安装位置的系统动力学模型，包括求解系统共振频率的特征方程，进而计算该系统在设定拍动频率时维持拍动所需输入的功率。结果表明采用不同刚度的弹簧对系统具有不同程度的增效作用，当弹簧刚度为1 N/mm时，模型在9 Hz频率下功率可降低54.5%。为验证数学模型的正确性，用商业软件ADAMS建立该扑旋翼动力学模型并模拟计算其运动和功率，结果表明采用两个方法得到的不同弹簧模型功率的最大误差为4.5%。为进一步获得系统的最大效率，分别以功率、输入力矩峰值最小为目标，对弹簧刚度和长度进行寻优计算，结果表明最优的弹簧刚度系统所需的输入功率比原始无弹簧机构减小63.0%。最后，通过该扑旋翼实物模型实验结果验证了弹簧对系统的增效作用，结果表明，采用刚度为1 N/mm弹簧的模型在9 Hz频率下的功率降低55.5%，与理论模型和ADAMS数值模拟的结果相当接近。

来源：2023年第17期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2023年第17期