5、仿生飞行器与卫星姿态估计技术研究

仿生飞行器与卫星姿态估计技术研究

在航空航天领域，从自然界获取灵感的研究一直是热点。本文将探讨滑翔蛇形机器人的空气动力学模型、昆虫仿生扑翼微型飞行器机翼变形受气动载荷的影响，以及陀螺仪对纳卫星姿态估计精度的影响。

滑翔蛇形机器人的空气动力学模型

大多数脊椎动物滑翔者，如飞鼠，通过对称耦合的“翅膀”在飞行中产生升力。然而，金花蛇属的蛇类却能在没有传统飞行结构的情况下飞行。它们在滑翔过程中通过改变身体表面形成升力面，利用不规则的身体横截面和身体形状的波动来实现良好的滑翔性能所需的空气动力学效率。蛇在滑翔的陡峭阶段，会在与前进方向约成20 - 40°的向上朝向头部的平面内波动。

这些蛇令人惊讶的是，它们能够在短距离滑翔中实现控制。蛇会主动选择着陆点，并通过滑翔过程中的波动模式到达选定的目的地。这启发了人们设计一种能够模仿这种运动的机器人，用于在密集森林等地形中进行监视，填补无人机难以到达区域的监视空白。

早期的研究对滑翔蛇的三维运动学进行了分析，观察了如总水平飞行距离、滑翔角、波动频率、波长和波速范围等参数。同时，也对蛇的波动模式进行了建模，并通过n链模型、薄翼理论和叶素理论假设来计算作用在波动身体上的空气动力，但忽略了气动力绕重心的力矩影响。

为了实现三维空间的控制，本文旨在开发一种改进的空气动力学模型，该模型考虑了飞行过程中身体产生的力矩，并将其与早期模型进行对比，以验证其与实验结果的一致性。

具体方法如下 ：
1. 创建波动模型 ：创建一个三维的波动模型，以复制实际蛇的运动。
2. 计算分段升力