扑翼式两翼飞行器的刚柔耦合分析

焦致远 张洪信 马田博闻 韩明轩

摘要：  针对扑翼式两翼飞行器的结构设计和分析手段在军事及民用领域应用中存在的问题，本文根据一种飞行器结构，在合理的减少非线性变量的前提下，基于二阶线性有阻尼集中质量弹簧系统理论，建立飞行器的动力学模型，并在Workbench平台上进行了仿真验证，形成一种基于Workbench的刚柔耦合分析方法，避免出现不合理干涉问题。仿真结果表明，飞行器在期望工况下机翼、机翼连接件与连杆的强度和变形容易满足要求但齿轮接触应力较大，齿轮接触区域的较大应力会导致塑性变形。该研究为飞行器结构设计改进提供了依据。

关键词：  扑翼式飞行器; 刚柔耦合分析; 结构; 仿真

中图分类号： V276  文献标识码： A

收稿日期： 20210401; 修回日期： 20210525

基金项目： 国家自然科学基金（52075278）; 青岛市民生科技计划项目（196192nsh）

作者简介：  焦致远（1996），男，硕士研究生，主要研究方向为扑翼式飞行器设计。

通信作者：  张洪信（1969），男，博士，教授，主要研究方向为微型扑翼式飞行器设计与控制。 Email： qduzhx@126.com

随着人工智能与深度学习等新型技术的应用，无人机迅速发展，种类也多种多样，应用场景越来越丰富。扑翼式飞行器是微机械与仿生学结合的产物，相比于传统的固定翼及旋翼飞行器，因其体积小、重量轻、隐蔽性好等特点在军事领域和民用领域都具有广泛的应用前景[12]。1992年，扑翼式飞行器理念首次被提出。1997年，DARPA的麦克米切尔[3]首次提出了扑翼微型飞行器的研究设想;1999年，加州大……