仿鸟微扑翼飞行器姿态控制模型研究

设计了仿鸟微扑翼飞行器气动结构布局,采用RBF神经网络辨识获得机翼气动升力和阻力模型,研究了尾翼气动力矩模型,在此基础上建立仿鸟微扑翼飞行器姿态控制模型,并通过仿真研究验证了姿态控制模型的正确性.     

鸽形扑翼机构设计及翅翼周围流场分析北大核心

为研究扑翼飞行器运动机构扑动原理和翅翼周围流场变化规律,设计鸽形扑翼飞行器扑翼机构并分析翅翼周围流场。运用四杆机构图解法计算出符合扑翼运动要求的曲柄摇杆机构参数,并对相关参数进行优化。基于计算流体力学对扑翼飞行的流场进行数值模拟计算;利用Fluent软件分析得到翅翼周围流场速度云图、湍动能云图以及升力、推力特性曲线。结果表明:鸽形扑翼飞行会引起翅翼流场流动速度发生变化,进而导致空气流动状态由层流变为湍流,湍流动能为扑翼飞行提供气动力。     

两自由度扑翼飞行器气动性能研究

以所研制的两自由度扑翼飞行器为研究对象,将飞行器扑动角和扭转角变化曲线拟合后写入用户自定义功能(UDF)程序耦合到Fluent流体求解器中,分析扑翼运动时产生的平均升力系数、推力系数和能量系数,并将分析结果与单自由度扑翼飞行器进行对比。结果表明:两自由度扑翼的平均升力系数比单自由度扑翼提高了1.88倍,平均推力系数提高了1.75倍。同时,两自由度扑翼平均能量系数降低了27.5%,具有更好的举升效率和推进效率,说明所设计的两自由度扑翼飞行器能产生足够飞行的升力,比传统的单自由度扑翼飞行器具有更好的气动性能。     

一种双翅翼空间扑翼机构设计分析及动力学研究

针对平面扑翼机构运动非对称性缺点,提出了一种仿蜻蜓的双翅翼空间曲柄摇杆机构,并进行了运动学分析及运动仿真,由于其本身的运动对称性可增强飞行稳定性,因此可作为仿昆虫等扑翼飞行器的扑翼机构。运用拉格朗日方程建立了动力学模型,由于系统速度周期性波动,会直接影响到驱动的效率和气动特性,为了更加准确地分析机构的动力学特性,利用ADAMS软件进行动力学仿真,在气动载荷和转动惯量作用下,曲柄不能保持匀速转动,运转速度有明显的波动,对飞行器的稳定性和效率产生了不利影响。     

仿蜻蜓空间扑翼机构设计与分析

为了设计仿蜻蜓扑翼飞行器,对现有曲柄摇杆机构进行改进,提出了一种基于单曲柄轴的仿蜻蜓双翅翼空间扑翼机构。采用理论分析和数值仿真相结合的方法,研究了该扑翼机构的运动学特性。采用ADAMS对设计的仿蜻蜓扑翼机构进行仿真分析,结果表明所设计的扑翼机构可有效实现两侧运动完全对称,并且机构运动流畅平稳,机构扑动幅值达到了仿蜻蜓扑翼飞行器设计要求,且满足前后翼扑动角相位相差90°。     

两段式仿生扑翼机构设计及仿真分析

为模仿海鸥飞行,设计一种两段式仿生扑翼机构。建立单曲柄双摇杆扑动机构的简化模型,分析满足两侧摇杆偏差角最小时各杆长的经验公式。利用SolidWorks和ADAMS软件建立扑翼飞行器的动力学模型,分析内外翼的运动参数和飞行器整体的位姿变化。结果表明:在相同杆长条件下,曲柄中存在夹角的机构在减少左右摇杆相位差角方面更具优势;两段式仿生扑翼机构可实现翅翼慢频率扑动和展向折弯。仿真结果验证了机构设计的合理性,为扑翼飞行器后续的研究提供参考。     

基于FLUENT的仿生扑翼机翅翼气动力分析

在仿生扑翼机的设计当中,仿生翅翼的气动力具有十分重要的意义。但由于与微型仿生扑翼飞行相关的低雷诺数空气动力学研究还处于初级阶段,对仿生翅翼气动力研究还没有成熟的理论和可借鉴的经验,因此,应用计算流体动力学软件Fluent求解N-S方程,分析扑动规律和周围气流环境对仿生扑翼机气动性能的影响。研究结果表明在对称扑翼机构驱动下仿生翅翼可以产生较大升力,升力和阻力随扑动频率和来流速度的增加而增加,但阻力增加幅度相对较小,这为仿生扑翼机的研制提供理论依据。     

考虑褶皱和三明治结构的蜻蜓翼自然频率及振型分析

为探究蜻蜓翼的优异结构进而对扑翼飞行器的设计提供技术借鉴，因此利用有限元法对蜻蜓翼二维模型、考虑褶皱和翅脉三明治结构的三维模型的自然频率及振型进行了分析。模态分析结果表明:褶皱结构可以显著提高蜻蜓翼的自然频率，翅脉的三明治结构会略微降低蜻蜓翼的抗弯、抗扭性能，考虑褶皱和三明治结构的蜻蜓翼一阶自然频率远大于蜻蜓的振翅频率，从而保证蜻蜓飞行不会发生共振现象。进一步分析了蜻蜓翼褶皱简化模型前三阶自然频率随起皱高度以及翅脉中蛋白质比例的变化曲线图，表明在一定范围内随起皱高度增大，模型各阶自然频率显著增加，但达到特定起皱高度后反而不利于模型的抗振性能。随着蛋白质层占比的增加，模型各阶频率呈递减的趋势，并以频率的下降快慢得到了蛋白质含量较佳的比例。本研究有助于解释蜻蜓翼的完美结构表现，并为扑翼设计提供借鉴。     

微扑翼飞行器的仿生结构研究

基于仿生学的微扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器,应用前景广泛.通过对鸟类生物学构造和飞行机理的分析,进行机翼和驱动机构的仿生学设计,提出了一种高效节能的驱动机构,并制作了翼展300mm微扑翼飞行器样机.试飞结果表明,该飞行器可进行姿态良好的飞行,可持续飞行10～20s,其结构具有一定的实用价值及应用前景,为微扑翼飞行器的进一步微型化打下基础.     

多段式仿生扑翼飞行器动力学建模与气动特性分析

为了实现鸟类飞行过程中翅膀的折弯效果,以平面四杆机构为基础,设计一套能实现主动折弯并具有急回特性的扑动-折弯运动模型。采用ADAMS对其进行动力学仿真分析,结果显示该模型具有优良的动力学性能;采用ADAMS与XFlow联合仿真方法对其进行气动特性分析,结果显示该模型具有优良的气动特性;同时,得到翅膀的扑动速度对扑翼的气动特性起着至关重要作用的结论。     

基于Fluent的仿生机器鱼胸鳍摆动模型仿真分析

为研究胸鳍攻角对仿生机器鱼升潜运动的影响,制定机器鱼升潜运动控制规则,分析了升力产生的机制和影响因素,建立了机器鱼胸鳍摆动数学模型,根据机器鱼胸鳍几何模型,应用Gambit建立了机器鱼胸鳍二维网格模型,应用Fluent仿真,分析了不同攻角下机器鱼升力阻力差,确定胸鳍在来流速度为0.5 m/s的水动力环境下做周期摆动时的最佳攻角为20°左右。     

阀芯旋转式高速开关阀的气穴特性研究

提出一种阀芯旋转式高速开关阀,通过阀芯旋转实现高速开关,突破阀芯往复运动结构对开关频率的限制。在此基础上,建立阀内流体模型,利用Fluent软件对不同运动和结构参数下阀口的气穴现象进行数值模拟及量化分析。结果表明：气穴现象主要发生在靠近阀芯沟槽一侧,随旋转角度的增加而减小;气穴范围和气相体积分数的下降速度随出口压力的增加而增大,当出口压力为5 MPa时,气相体积分数迅速下降并在旋转角度为3°时趋于0;改变占空比,气穴未有明显变化;增大阀口流道的倾斜角度,气穴抑制效果显著,可提高输出流量的稳定性。     

风力机叶片结构设计与数值模拟

采用CFD技术对NACA0018型、NACA63A010型、NACA4412型、NACA23012型4种代表性翼型进行仿真分析,得出其单叶片翼型的压力场、速度场、升力系数和阻力系数变化情况,并对仿真过程中得到的曲线进行分析,得到4种翼型在不同风速工况下的气动特性因数。采用4种翼型中气动性能最优的NACA0018翼型,作为风力机叶片的截面翼型,借助MATLAB和SolidWorks软件完成风力机叶片结构建模。     

磁流变抛光中流量扰动问题分析与控制方法研究

流量稳定性控制是磁流变抛光工艺获取稳定去除函数、实现确定性抛光的重要条件。针对抛光头倒置式、离心泵传送构型的磁流变抛光系统中扬程变化对流量扰动的问题,研究了磁流阀控制流量扰动误差的方法,但该方法存在因流量计的测量积分时间导致控制响应滞后问题;分析了双Z轴随动结构未能抑制摆动轴运动而导致扬程变化对流量扰动的问题的原因,提出跟随多轴复合运动Z向同步驱动的双通道运行控制方法,从本质上解决了磁流变抛光工艺过程中离心泵扬程变化对流量扰动的问题,实现流量实时和高稳定性控制,将流量波动控制在1%以内。