论文标题：Lift system optimization for hover-capable flapping wing micro air vehicle

期刊： Frontiers of Mechanical Engineering

作者：Shengjie XIAO, Yongqi SHI, Zemin WANG, Zhe NI, Yuhang ZHENG, Huichao DENG, Xilun DING

发表时间：15 Jun 2024

DOI：10.1007/s11465-024-0790-6

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本篇研究论文发表于《Frontiers of Mechanical Engineering》2024年19卷第3期，题为“Lift system optimization for hover-capable flapping wing micro air vehicle”。本文针对可悬停微型扑翼飞行器（FWMAV）的升力系统优化问题，提出了一种仿生设计方法，通过模仿蜂鸟的飞行机制，开发了一种高效升力系统。研究聚焦于提升气动性能与能源效率，结合曲柄摇杆机构与齿轮传动系统，优化扑翼机构的运动学参数，实现了154°的扑翼角度，并利用弹性储能元件模拟蜂鸟翅膀根部的弹性蛋白功能，周期性存储和释放能量，从而减少电机功耗并提升升力效率。通过实验测试，优化后的机翼采用碳纤维骨架与Icarex PC31材料，翼展80mm、弦长45mm、松弛角5°，其最大升力系数高达1.95。此外，通过有限元分析对机身结构进行轻量化设计，机体重量从2.3克降至1.6克，同时验证了结构强度与模态稳定性，确保飞行稳定性。最终设计的升力系统在175mm翼展下可稳定产生31.98克升力，整个系统自身重量仅10.5克，并成功完成垂直起降与悬停测试，验证了其在复杂机动飞行中的实用性。研究结果表明，该仿生升力系统通过机构优化、弹性储能与材料创新，显著提升了扑翼飞行器的升力-功耗比，为高机动微型飞行器的设计与应用提供了重要参考。未来工作将进一步探索机翼参数与气动性能的理论关联，并推动该系统的实际应用。

关键词

升力优化；扑翼；弹性势能；悬停；扑动机构

引用

Shengjie XIAO（肖胜杰）, Yongqi SHI（史永淇）, Zemin WANG（王泽民）, Zhe NI（倪喆）, Yuhang ZHENG（郑宇航）, Huichao DENG（邓慧超）, Xilun DING（丁希仑）. Lift system optimization for hover-capable flapping wing micro air vehicle. Front. Mech. Eng., 2024, 19(3): 19

https://doi.org/10.1007/s11465-024-0790-6

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