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摘要
随着先进材料和微电子技术的发展，设计制造扑翼机成为近年来备受关注的研究课题。扑翼机具备仿鸟类的外形，能够隐蔽执行侦查监视任务。国内外研究表明，合理设计翼面形状和运动过程能够提升扑翼飞行气动效应。然而，针对扑翼翼面设计问题，目前缺乏考虑流固耦合效应的优化设计研究，还未在设计阶段考虑改变柔性翼面形状对扑翼气动特性的影响。而且现有研究只涉及对翼面形状或扑翼运动的单因素分析讨论，缺乏综合两种设计因素的优化设计。本文针对定速前飞的柔性扑翼翼面进行气动特性优化设计，采用Newmark-β方法求解结构响应，并与现成软件求解器的计算结果进行对比，验证结构动力学计算方法的准确性，用非定常涡格法(UVLM)计算扑翼气动力，搭建了高效的流固耦合计算框架。由于扑翼复杂设计空间具有多个局部最优点，本文采用与并行计算结合的DIRECT全局优化算法，提高计算效率，对柔性扑翼翼面的形状和运动参数进行迭代优化，确定最大化推进效率的设计参数，并与刚性模型优化结果进行对比。结果表明，柔性扑翼翼面形状和运动优化设计能够获得更高的推进效率，与只采用形状优化相比最优推进效率提高了5.6%，比刚性模型优化结果提高了27.0%。
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