微型扑翼式仿生飞行器
出版时间：2010年版
内容简介
微型飞行器（Micro Aerial Vehicle，MAV）具有携带方便、操作简单、制造成本低、隐蔽性好、机动灵活等特点，因此无论在军事领域还是在民用领域，都有十分诱人的应用前景。本书从仿生的角度来研究MAV的飞行机理与样机制作；通过文献中对自然界中昆虫翅膀运动的观察与测量，获取了昆虫翅膀的运动方程；采用UG建模技术，建立昆虫的几何模型；采用网格划分方法，获取昆虫在流场运动时的三维网格；运用CFD（计算流体力学）方法模拟翅膀运动时周围的流场，获取昆虫运动时的升阻力特性，进而来研究昆虫的飞行机理；在此基础上，通过现有可用的材料加工制作仿生MAV。本书可作为从事MAV研究及其应用的科技人员和高等学校有关专业教师的参考书，也可作为相关专业研究生、本科高年级学生和工程技术人员的科研参考资料。
目录
第1章 绪论
1.1 微飞行器研究启动计划
1.2 国内外研究现状
1.3 微飞行器的飞行方式
1.3.1 固定翼飞行方式
1.3.2 旋翼飞行方式
1.3.3 扑翼飞行方式
1.3.4 三种飞行方式的特点
1.3.5 微飞行器飞行方式的选择
1.4 MAV研究的关键问题
1.4.1 微飞行器在低雷诺数下的空气动力学问题
1.4.2 微型动力装置技术
1.4.3 机载元器件的MEMS化技术
1.4.4 光电传感技术
1.4.5 微飞行器的飞行控制和数据传输
1.4.6 MDO方法的进一步研究
1.5 微飞行器应用前景
1.6 微飞行器的现实意义
1.7 本章小结
第2章 低雷诺数下昆虫的飞行机理
2.1 昆虫飞行机理研究
2.2 坐标系定义及翅膀的运动方程
2.2.1 惯性坐标系Oxgygzg
2.2.2 昆虫体坐标系Oxyz
2.2.3 翅膀平面坐标系Ox’y’z’
2.3 昆虫悬飞时的边界条件
2.4 计算网格的生成
2.5 求解方法
2.6 计算结果的分析与讨论
2.6.1 昆虫悬飞时周围的流场
2.6.2 昆虫悬飞时的非稳态涡和轴向流
2.6.3 昆虫悬飞时产生的升阻力
本章小结
第3章 仿生飞行的数学建模与仿真
3.1 MAV的建模方法
3.1.1 物理结构建模法
3.1.2 神经网络建模法
3.1.3 系统辨识建模法
3.2 昆虫飞行的运动学建模
3.2.1 昆虫飞行时的坐标系表示
3.2.2 翅膀相对于昆虫体的运动方程
3.2.3 扑翼昆虫的姿态运动方程
3.3 昆虫的空气动力学模型
3.3.1 昆虫翅膀的空气动力及力矩
3.3.2 昆虫体的空气动力及力矩
3.3.3 昆虫飞行时质心的动力学方程
3.3.4 昆虫运动的姿态动力学方程
3.4 仿生飞行的模型仿真
3.4.1 仿真模型的结构设计
3.4.2 仿真模型的控制器设计
3.4.3 仿真结果分析
3.5 本章小结
第4章 仿生微飞行器的设计
4.1 仿生微飞行器的驱动形式
4.1.1 压电驱动的扑动机构
4.1.2 电磁驱动的扑动机构
4.1.3 形状记忆合金(SMA)驱动的扑动机构
4.1.4 人造肌肉驱动的扑动机构
4.1.5 微马达驱动的扑动机构
4.2 扑翼微飞行器扑翼机构原理及设计
4.2.1 现有扑翼微飞行器中的扑翼机构
4.2.2 曲柄摇杆机构原理
4.2.3 平面四杆机构的位置分析
4.2.4 扑翼机构原理
4.2.5 减速齿轮设计
4.2.6 扑翼机构的三维建模
4.3 扑翼机构的仿真与优化
4.3.1 扑翼机构的UG建模
4.3.2 仿真模型的建立
4.3.3 仿真结果及分析
4.4 本章小结
第5章 扑翼微飞行器的翅膀研究
5.1 研究思路及方法
5.2 平面刚性翅脉的仿真研究
5.2.1 翅脉形貌变化对扑翼机构性能的影响
5.2.2 翅脉材料属性变化对扑翼机构性能的影响
5.2.3 翅脉初始安装角变化对扑翼机构性能的影响
5.2.4 仿真结果的分析和讨论
5.3 平面翅脉的实验验证
5.4 本章小结
第6章 仿生微飞行器的航迹规划
6.1 仿生MAV的分层控制机理
6.2 仿生MAV任务规划与控制
6.3 路径规划常用算法
6.3.1 全局路径规划
6.3.2 局部路径规划
6.4 未知环境中MAV的航迹规划
6.4.1 航迹规划问题描述
6.4.2 静态未知环境中的航迹规划及仿真
6.4.3 动态未知环境中的航迹规划及仿真
6.5 本章小结
第7章 扑翼MAV的风洞实验
7.1 原理样机
7.2 风洞实验
7.2.1 现有典型风洞测试方法
7.2.2 风洞实验PIV系统
7.2.3 风洞实验设备及装置
7.3 风洞扑动频率测试实验结果与分析
7.4 PIV风洞实验结果与分析
7.4.1 延迟拍摄方式
7.4.2 外部触发拍摄方式
7.5 不同特征参数对升阻力的影响
7.5.1 扑翼攻角对升阻力系数的影响
7.5.2 扑翼的振幅对升阻力系数的影响
7.5.3 频率对升阻力系数的影响
7.5.4 飞行速度对升阻力系数的影响
7.5.5 扑翼不同起始位置对升阻力系数的影响
7.6 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 研究内容
8.1.1 理论建模
8.1.2 物理模型
8.1.3 仿生MAV试验
8.2 创新点
8.3 建议与展望
参考文献
