本书介绍了现代柔性多体动力学建模方法在仿生扑翼飞行器设计中的应用，详细阐述了扑翼飞行器多体柔性动力学建模过程与气动模型建模方法，包括仿生扑翼飞行器的结构特点、动力学分析方法、气动特性计算手段，以及仿真与试验验证。书中提出了仿生扑翼飞行器柔性多体动力学建模技术，为开展仿生扑翼飞行器的工程设计工作提供了参考。
本书可供从事仿生扑翼飞行器设计与制造的研究人员与工程技术人员使用， 也可供航空领域的研究生和高年级本科生参考。
Modern Flexible Multi-Body Dynamics Modeling

在过去数十年中，美国对小型无人机的研究兴趣飞速增长，以生物飞行作为灵感的设计范例受到了广泛的关注，从昆虫到鸟类的仿生飞行原理在小型无人飞行器的开发中均得到了具体应用。仿生学的本质是为了解决复杂问题而模仿自然界中的模型、系统或元素。世界各地的研究人员、工程师、无人机爱好者及飞机设计人员现在都在利用仿生原理来寻找现代无人机的设计灵感。毫无疑问，几个世纪以来，人们一直在模仿自然界中动物的飞行，近年来对它的研究兴趣更是与日俱增。
受到鸟类飞行的启发，人们设计出了现代扑翼飞行器，其空气动力学和运动学特性是可预测的，并且可以产生涉及多个动态尺度的非线性时变行为。本书的研究目标是开发一种规范的建模技术，使其能够辅助完成仿鸟扑翼飞行器的工程设计工作。
本书对复杂机械模型的建模采用了基于能量的拉格朗日方法，其中包含了此类模型的柔性多体动力学特性建模。我们对于开发适用于反馈控制模型的形式和功能有着浓厚的兴趣。由此，本书的内容可作为构建算法的基础，这些算法可以提高仿鸟扑翼飞行器飞行的敏捷性、稳定性、升力和推力。
在开发本书所介绍的方法过程中，作者与NASA工程师、无人机驾驶员、专业学者以及飞机设计人员密切合作，以了解低雷诺数飞行及其相关的动力学和空气动力学的微妙之处。特别感谢NASA兰利研究中心(NASA Langley Research Center)的Marty Wazak博士、前马里兰大学莫菲斯试验室(University of Maryland Morpheus Laboratory)的Jared Grauer博士和AimyWissa博士的独特见解和帮助，以及Debbie McFee女士在著作与编辑方面的协助。最后，我们还要感谢NASA兰利研究中心、国家航空航天研究所、马里兰大学、空军科学研究办公室和莫菲斯试验室的大力支持。

目录目录
译者序
前言
符号说明
角标
首字母缩略词
第1章仿生飞行器系统
1.1仿生飞行器系统工作体系概述
1.2扑翼飞行技术背景
1.2.1飞行器和自然界的扑翼飞行生物
1.3用于性能优化的扑翼飞行器模型
1.3.1飞行平台的预期改进
1.3.2背景和扑翼飞行空气动力学
1.4仿鸟扑翼飞行器的历史思考
1.5柔性多体动力学发展的目标及本书所述方法
参考文献
第2章柔性扑翼飞行器多体动力学建模方法
2.1经典建模方法
2.1.1柔性多体系统的分类
2.1.2柔性多体系统的动力学建模
2.1.3可用代码和软件中的实现
2.1.4扑翼飞行器的机体动力学建模
2.1.5扑翼飞行器的气动弹性分析
2.1.6相关鸟类尺度的空气动力学模型
2.2现代建模方法
参考文献
第3章用于实现现代建模方法的扑翼试验平台
3.1试验平台的详细信息
3.2用于模型验证的仿生扑翼飞行器系统的试验数据集
3.2.1夹持试验E1
3.2.2系统识别试验E1-I
3.2.3自由飞行试验E2
3.2.4真空弯曲试验E3
参考文献
第4章实现鸟类尺度扑翼飞行器柔性多体动力学建模方法
4.1线弹性多体系统
4.1.1浮动参考系
4.2五体动力学模型
4.3相对坐标系
4.4铰接式刚体模型
4.4.1运动学关系
4.5运动方程的拉格朗日公式
4.5.1动能公式
4.5.2势能公式
4.5.3位置矢量与刚体运动方程
4.5.4位置矢量与柔性体运动方程
4.5.5模态叠加的应用
4.6柔性五体动力学模型的建立
4.6.1模型的广义坐标矢量
4.6.2模型中的位置矢量
4.6.3模型中的速度
4.6.4定向模型
4.6.5角速度
4.6.6质量矩阵中的惯性不变量
4.6.7Craige-Brampton方法
4.6.8模态合成方法和振型正交化
4.7机翼结构动力学模型
4.7.1模型的实现模态中立文件
参考文献
第5章柔性多体动力学的气动模型建模方法鸟类尺度扑翼飞行器的实现
5.1气动模型版本描述
5.2气动模型A
5.3气动模型B/C
5.3.1气动模型
5.3.2气动载荷叶素识别
5.4气动模型的使用
5.4.1分布气动载荷
5.5全局合力和力矩
5.5.1广义力定义
5.5.2广义力矩定义
5.5.3广义模态力定义
参考文献
第6章建模方法应用和飞行仿真结果
6.1建模假设验证和机翼柔性
6.1.1坐标变化
6.1.2全局大变形
6.1.3机翼固定参考系
6.1.4前缘梁柔性
6.2模型结果
6.3约束模型验证
6.3.1仿鸟飞行机器人系统的合力
6.3.2翼尖运动学
6.4无约束模型验证
6.4.1合力
6.4.2机翼惯性力
6.4.3惯性不变量
6.4.4空气动力
参考文献
第7章仿鸟飞行机器人系统的现代建模方法实现和飞行物理学总结
7.1现代建模方法论发展与实施综述
7.2本书描述的现代建模方法实现的范围和贡献
7.2.1扑翼飞行器动力学模型
7.2.2空气动力学模型与气动弹性
7.2.3建模方法
7.2.4对飞行物理学和动力学的理解
7.3来自建模方法论的新贡献的总结
7.4关于现代建模方法的结论
7.5鸟类尺度扑翼飞行器建模建议综述
总结
致谢