MFC风扇驱动仿昆虫柔性扑翼机理与设计方法研究

针对目前仿昆虫微扑翼飞行器存在驱动装置结构复杂、重量大、比功率小、扑翼气动性能差的问题，本项目将仿生学、结构力学和空气动力学理论有机结合起来，提出大压电纤维（MFC）风扇驱动仿昆虫柔性扑翼的新原理，研究柔性翼仿生学、柔性翼流固耦合计算方法、柔性翼设计方法、MFC风扇驱动机理、MFC风扇扑翼驱动机构优化设计方法，MFC风扇驱动仿昆虫柔性扑翼机理、开发原理样机，并进行性能试验，最终建立MFC风扇驱动柔性仿昆虫扑翼设计理论和方法，解决目前仿昆虫微扑翼飞行器驱动和翅翼设计存在的问题，为仿昆虫微扑翼飞行器设计提供依据。

仿昆虫微扑翼飞行器由于其体积小、重量轻、隐身性好等优点，在民用和国防领域有广泛的应用前景。本项目将仿生学、结构力学和空气动力学理论有机结合起来，提出大压电纤维（MFC）风扇驱动仿昆虫柔性扑翼的新原理，并以蝉为仿生研究对象开展的主要研究工作及取得的成果有：（1）采用高速摄影机、运动分析软件等进行了禅翼的仿生学试验和理论研究，获得了禅翼的运动方程及三维仿生模型；研究了刚性翼低雷诺数非定常流场数值模拟方法及柔性翼流-固耦合方法，获得了刚性翼及柔性翼的流场及气动特性；对蝉翼进行了静力变形实验，完成了仿昆虫柔性翼设计、制造及试验研究。（2）进行了MCF及MCF风扇建模及有限元计算方法研究，设计制造了MFC风扇驱动电路，完成了MFC风扇计算方法试验验证，研究并获得了MFC风扇参数对扑动幅度和固有频率的影响规律。（3）完成了MFC风扇驱动仿昆虫扑翼机构设计与力学模型研究，进行了仿昆虫扑翼机构优化设计，并进行了MFC风扇驱动仿昆虫扑翼机构制造与试验研究。（4）基于流固耦合方法完成了MFC风扇驱动仿昆虫柔性扑翼机理研究，获得了驱动电压参数与扑动幅度和扭转幅度及气动特性的关系。项目研究成果为仿昆虫微扑翼飞行器设计提供理论依据。