2019年第38卷第3期
传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies）
11
DOI:10.13873/J.10009787 (2019)03001103
基于电磁驱动的微扑翼飞行器驱动器振动特性
张钰，刘志伟
（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191）
摘要：电磁驱动的微扑翼飞行器冀端拍打振幅受到驱动电压、磁感应强度、电流角频率等因素的影响为了探究上述三个因素对微扑翼飞行器翼端拍打振幅的影响规律，提出一种新型电磁驱动器方案，并建立电磁场中微染振动模型，为验证电磁驱动器方案的可行性及进一步探究相关因素对微振动的影响规律，设计开展电磁驱动的微梁振动试验。结合理论振动模型与试验结果，得到驱动电压、磁感应强度、电流角频率对于梁端拍打振幅的影响规律，研究结果对于后续微扑冀飞行器电磁驱动器的研究发展具有一定的指导意义。
关键词：扑翼飞行；微驱动器；电磁驱动；振动模型
中图分类号：V276
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2019)03-0011-03
Vibration characteristics of flapping-wing micro air vehicles actuatorbased on electromagnetic actuation
ZHANGYu,LIU Zhi-wei
(School of Energy and Power Engineering, Beihang University, Beijing 100191,China)
Abstract: The wing-tip amplitude of flapping-wing micro air vehicles actuated by electromagnetic force is affected by driving voltage , magnetic flux density and current angular frequency. In order to explore the influence rule of the above three factors on wing-tip amplitude, a new type of electromagnetic actuator scheme is proposed and the vibration model for micro-beam vibration in electromagnetic field is established. To verify the feasibility of the electromagnetic actuator,and further study on effect rule of related factors on vibration of microbeam, vibration tests of micro-beam actuated by electromagnetic force are designed. Combined with theoretical vibration model and experimental results,the influence rule of driving voltage, magnetic sensing intensity and current angular frequency on beam-end amplitude are obtained, the results of this study are of guiding significance for the subsequent researches on electromagnetic actuation of flapping-wing micro air vehicles.
Keywords: flapping-wing flying; micro actuator; electromagnetic actuation; vibration mode
0引言
微型飞行器是指结构尺寸通常小于15cm，重量在
10~100之间的一种新式飞行器，有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行方式，当微型飞行器翼展小于7.5cm时，扑翼飞行是最佳飞行方式[1】。微型扑翼飞行器的机动性、续航时间等重要飞行指标与采用的动力系统密切相关，而其中驱动器是核心部件2。随着加工工艺以及设备的发展，相比于传统静电、压电驱动器，电磁驱动器驱动力大、驱动电压低、功耗小的优势越来越明显(3]。基于此，本文提出一种新型电磁驱动器方案，建立电磁场中微梁振动模型，针对模型申三个影响微梁巢端振幅的影响因素，即驱动电压、磁感应强度、电流角频率，设计开展电磁驱动的
收稿日期：2018-02-21
微梁振动试验，验证电磁驱动器方案的可行性，基于微梁振动模型探究相关因素对微染振动的影响规律。研究结果为后续微型扑翼飞行器电磁驱动器的优化研究奠定基础。
电磁驱动器方案 1
磁场对其中的运动电荷或者载流导体有力的作用，若给导体施加一定约束，则其在安培力作用下受迫振动，受迫振动频率即为交变电流频率4,5)，如图1（a)所示。基于此本文设计一种新型微扑翼飞行器电磁驱动器方案，如图1(b)所示其中记忆合金丝微梁约束于稳定磁场中，通以交流电实现微染振动拍打，两外伸端安装扑翼翅膀结构用于模拟扑翼飞行。
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（11272025）；国防工业技术发展计划资助项目（B2120132006）