仿鸟扑翼飞行器仿真研究

针对仿鸟扑翼飞行器的柔性翼动力学仿真需要,在非定常空气动力学原理下,用修正的准定常气动力计算模型估算出了扑翼的动力学模型,并建立了其相应的状态空间方程,进而分析研究了在Matlab语言和Simulink环境下,对其仿真系统设计得需求和要求。     

扑翼飞行的气动建模与仿真分析

用计算流体力学的数值仿真方法对微扑翼飞行的非定常空气动力学问题进行了建模与仿真研究。在对昆虫扑翼飞行运动的仿生模拟基础上,建立了简化的扑翼运动二维翼型的运动学与空气动力学模型。利用任意拉格朗日欧拉（ALE）有限元方法求解出N-S方程的数值解,将流场仿真结果与实验进行了对比,并分析了扑翼运动产生的前缘漩涡对升力的作用。文中的建模、分析方法和结论对微扑翼飞行器的分析设计和应用提供了一定的理论依据。     

扑翼的非定常水动力特性数值研究

研究水下推进装置结构优化设计问题,建立了扑翼的简谐运动模型,根据有限体积法和非结构动网格技术,完成了对扑翼运动的非定常建模研究.通过计算得到了扑翼运动的水动力特性及流场的变化规律,提出了扑翼产生的涡的特点及其作用机制.计算结果表明:在简谐运动驱动下,扑翼运动能产生较大的推力,而产生的升力较小;扑翼运动过程中伴随着涡的生成和脱离,尾涡能有效地提高扑翼产生的推力,前沿涡能抑制推力的产生和延缓升力的下降趋势.以上研究为水下推进装置优化设计提供了参考依据.     

仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术

本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其应用,概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。在此基础上,就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论,并结合目前研究情况,对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。     

三铰扑翼建模及数值计算

为研究鸟类翅膀展向变形对扑翼气动特性的影响,基于对鸟类翅膀变形的观察,分别用动静法和拉格朗日方程建立三铰扑翼的数学模型,并利用数值计算研究该模型.结果表明：使用NACA0004作为截面的三铰扑翼在对称扑动时能够产生净升力;随着中翼弹性系数比的增大,周期平均升力因数增大,但周期平均阻力因数不存在单调性;三铰扑翼比双铰翼的周期平均升力因数明显小;随着外翼弹性系数比的增大,周期平均升力因数和周期平均阻力因数也不存在单调特性.     

仿生扑翼UUV流体动力数值计算

仿生扑翼推进方式具有机动灵活、推进噪声低、稳定性好等特点,但由于外形的复杂性,仿生扑翼UUV的流体动力具有很强的非线性,给流体动力特性的研究带来难度。为了研究仿生扑翼的非线性流体动力特性,基于雷诺平均Navier-Stokes方程,采用RNG k-ε模型,建立了仿生扑翼UUV的流体动力计算数学模型,并利用ICEM CFD划分了网格,基于标准CFD软件Fluent对UUV的流体动力特性进行了仿真计算。结果表明,仿生扑翼UUV的流体动力在小攻角下呈线性变化,大攻角下出现非线性特征。     

仿鸟类扑翼飞行器研究进展

仿生扑翼飞行器有着优异的气动性能和灵活的飞行能力,在军民领域均有广泛的应用前景,学者们在原理样机研制、扑翼气动机理、驱动机构、飞行控制等多领域取得了一系列重要进展.本文从总体设计方法、驱动机构设计与优化、气动机理等方面综述了仿鸟类扑翼飞行器技术的发展历程与研究进展.首先,从扑翼总体设计方法入手,总结了仿鸟类扑翼飞行器仿生构型,归纳了总体设计参数估算方法;其次,综述了多种构型曲柄连杆机构在扑翼驱动中的应用与优缺点;接着总结了扑翼气动机理研究的实验方法与数值计算方法,分析了不同扑翼气动算法针对不同应用场景在计算成本和准确度方面的优劣情况;最后,对仿鸟类扑翼飞行器系统设计研究现状进行总结,针对原理样机研制过程提出展望.     

基于MEMS技术的SU-8仿昆虫微扑翼飞行器设计及制作

为研制一种轻质仿昆虫微扑翼飞行器,提出了采用微机电系统(MEMS)领域的SU-8光刻胶作为结构材料的制作方案.基于仿生学原理和微机电系统加工技术,设计微扑翼飞行器结构及MEMS 工艺方法.研究结果表明,该种结构设计及制作方案满足设计要求,为仿昆虫微扑翼飞行器的研制提供了一种很好的途径.     

Numerical Propulsion System Simulation

The cost of implementing new technology in aerospace propulsion systems is becoming prohibitively expensive. One of the major contributors to the high cost is the need to perform many large scale system tests. Extensive testing is used to capture the complex interactions among the multiple disciplines and the multiple components inherent in complex systems. The objective of the Numerical Propulsion System Simulation (NPSS) is to provide insight into these complex interactions through computational simulations. This will allow for comprehensive evaluation of new concepts early in the design phase before a commitment to hardware is made. It will also allow for rapid assessment of field-related problems, particularly in cases where operational problems were encountered during conditions that would be difficult to simulate experimentally. The tremendous progress taking place in computational engineering and the rapid increase in computing power expected through parallel processing make this concept feasible within the near future. However it is critical that the framework for such simulations be put in place now to serve as a focal point for the continued developments in computational engineering and computing hardware and software. The NPSS concept which is described below will provide that framework.     

激光推进数值模拟程序优化研究

激光推进数值模拟可以精细地刻画实验难以测量的流场时空演化过程,从而降低推进研究难度,节约试验经费开支,有效地缩短实验周期,极大地促进激光推进技术的发展。本文根据激光推进数值仿真程序以及编程语言的特点,针对性地使用串行和并行优化技术,对激光推进程序流程控制优化,改善了程序的运行性能。     

非结构网格上弹性力学数值模拟的并行实现

弹性力学数值模拟被广泛应用到建筑、机械、化工、材料、航天等工程领域.随着计算规模和精度的不断提高,普通串行程序已经不能满足应用的需求,需要研制并行应用程序.面向非结构网格,提出了一种基于层次化网格数据结构的并行有限元算法,并用来求解弹性力学方程组.最后,用数值结果验证了网格数据结构和并行算法的正确性和扩展性.数值结果显示弹性力学并行程序可成功扩展到4 080进程,网格规模达到15亿单元.     

数值模拟网格数据模型设计与实现

在等离子体动力学、电磁学理论等物理问题的数值模拟中,各类数值模拟程序产生了大量复杂结构的科学数据.一方面,计算程序需要以高效率的I/O方式存储数据,另一方面,数据需要在各类程序间很容易地交换与共享.随着数据的规模与复杂度不断增加,传统数据管理方式的局限性日益突出.为此,设计了面向计算物理领域的数据存储模型--数值模拟网格数据模型(JAD),引入元数据管理机制,对数值模拟程序数据对象进行抽象与封装,在HDF5软件库基础上实现了高层I/O函数库(JADLib),集成先进的数据存储技术,提供直观、易用的应用程序编程接口(API),使得数值模拟数据以统一格式高效率地存储.目前,JADLib已推广应用于高功率微波、惯性约束聚变等领域多个数值模拟程序中,与元数据管理系统(JADIS)、并行可视化系统(JaVis)建立了耦合,使得用户可以直接利用这些系统进行数据的浏览、分析及可视化,促进了应用程序间的数据共享.     

基于阻抗方法的船舶电力推进系统仿真研究

研究船舶电力推进系统稳定性控制优化问题。船舶电力推进系统是船舶综合电力系统的重要组成部分,由于控制系统的作用,推进电机对直流母线侧呈现负阻抗的恒功率特性,系统可能存在不稳定现象。为解决上述问题,采用阻抗方法分析系统稳定性,推导发电整流模块的输出阻抗和推进电机的输出阻抗,确定推进电机在不同工作点时的稳定情况,并通过直流母线电压前馈控制器的设计提高系统的稳定性。在Simulink中搭建时域仿真模型,仿真结果表明所设计的前馈控制器能够有效改善推进电机的输入阻抗特性,提高系统稳定性,为控制系统优化设计提供一定的基础。     

基于OpenGL的陀螺仪运动仿真系统研究

该文介绍了如何综合利用OpenGL实现陀螺仪运动仿真系统的技术。该系统以Windows98为开发平台,Visual C＋＋为开发工具,采用OpenGL技术,实现系统的模型构造、模型格式转化及色彩渲染、光照和材质,文中OpenGL调用的三维实体模型是用制图软件AutoCAD制作的,其控制算法是在数学建模软件Matlab中进行编辑的,最后在VC环境下综合利用OpenGL技术来实现陀螺仪系统三维图形的绘制及系统的运动仿真,探索丁OpenGL在三维系统仿真中的应用.     

变形法移动网格求解双曲型守恒律方程研究

在现有格式的基础上要提高偏微分方程数值解的分辨率,自适应移动网格技术是一种有效而且可行的方法。文中将文献[1]提出的自适应移动网格技术推广到三角形网格,并将该方法用于求解双曲型守恒量方程。用网格自适应技术求解守恒律问题时,当生成新网格之后,需要将旧网格上的函数值更新到新的网格,并保持物理量的守恒性。针对这个问题,文中提出了函数值更新过程中守恒型插值公式的具体形式,并针对二维双曲型守恒律方程进行了仿真实验,取得了满意的结果。     

变形法移动网格求解双曲型守恒律方程研究

在现有格式的基础上要提高偏微分方程数值解的分辨率,自适应移动网格技术是一种有效而且可行的方法。文中将文献[1]提出的自适应移动网格技术推广到三角形网格,并将该方法用于求解双曲型守恒量方程。用网格自适应技术求解守恒律问题时,当生成新网格之后,需要将旧网格上的函数值更新到新的网格,并保持物理量的守恒性。针对这个问题,文中提出了函数值更新过程中守恒型插值公式的具体形式,并针对二维双曲型守恒律方程进行了仿真实验,取得了满意的结果。     

基于深度网格的大规模森林场景的动态模拟

为了降低大规模森林场景的数据量和较真实地模拟其在风力作用下的动态效果,提出一种完全基于GPU的森林场景动态模拟方法.首先采用一种基于深度图像并重建几何的方法对树模型进行优化,在优化后的模型中内建了多个层次细节,并进行有效的压缩;然后采用随机过程的方法对风场建模,用简化的过程式方法计算风力作用下树的位移和形变.实验结果表明,该方法可以实现以8 MB存储空间和85 MB显存空间为代价、实时模拟数量高达10万棵的大规模森林场景在风场作用下的动态效果,且模拟效果好、质量高.