微型扑翼飞行器驱动系统工程设计方法

以微型扑翼飞行器研制为背景,从系统的角度提出了一种仿生扑翼驱动系统的工程设计方法。根据仿生尺度率原理,对微型扑翼飞行器的总体参数进行了初步设计,提出了驱动系统的设计目标。进行了扑动翼风洞实验,以实际能达到的飞行状态为标准对实验数据进行分析处理,获得了扑动参数的可行范围和功耗需求。对微型无刷电机进行了工作特性测试,得到了电机转速、转矩、输出功率、效率等的拟合关系。综合考虑扑动参数可行范围、功耗需求和电机特性等多个因素,对驱动系统的减速比分配、减速器优化和四连杆扑动机构计算等方面进行了设计,得到了具有良好系统匹配性能的微型扑翼驱动系统,并通过样机研制和飞行实验证明了设计方法的有效性与可行性。所得研究结论对微型扑翼飞行器的工程设计和研制有一定指导意义。     

仿鸟扑翼飞行器扑翼机构的设计及运动仿真

为完成仿鹰鸟飞行器扑翼机构设计,首先给出鹰鸟飞行的参数,接下来选取飞行器的扑翼机构,并进行了尺寸计算,最后进行三维建模,并实现运动仿真,结果表明仿真数据与鹰鸟飞行参数一致,验证了机构设计及尺寸计算的正确性。     

仿生微扑翼飞行器的翅翼设计与优化

提出了微扑翼机构翅翼的共振激励放大驱动机理及其对翅翼的振动模态要求,并依据该机理用有限元方法研究了微扑翼飞行器的仿生翼设计和优化问题。通过对3种仿昆虫翅翼的模态分析,总结出能够满足共振激励要求的翅翼外型和翅脉布局,建立了参数化的自定义仿生翼模型。在此基础上,以翅翼的展弦比和翅脉关键点的坐标为主要参数,使用有限元优化方法,对仿生翅翼的模态优化进行了初步探讨。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。     

仿昆微扑翼飞行器三维整体设计及制造

MEMS技术在毫米尺度制造中站主导地位,然而在厘米尺度甚至更大尺度下的机构仍是使用许多传统方法制造的,在毫米至厘米尺度范围内存在的介观尺度的器件仍难以制造。针对在这种尺度内的仿生微扑翼飞行器和其复杂微小结构极难手工装配的制造工艺问题,提出了一种三维整体结构的多功能制造方法,即由包含刚性层和柔性层的多片图案化碳纤维层在多个选定的位置处进行叠置和粘结,形成具有多个层间粘结的层压结构,并且在这种层压结构中刚性层之间的柔性层可以挠曲伸展成三维结构。使用这项工艺方法,制造出了一架重约100mg的可从平面结构伸展成三维结构的精密型微扑翼飞行器,研究结果验证了该种设计方法及工艺流程的可行性和有效性,为微扑翼飞行器在工业上规模化制造商提供了崭新的途径和指导意义。     

基于TRIZ理论的微扑翼飞行器翅翼运动的规划

为了产生使微扑翼飞行器上升的升力,翅翼在下拍时的面积要尽可能大,而上拍时要尽可能小。针对这种物理矛盾,应用TRIZ理论的动态法,提出了近30种翅翼运动规划方案,其中许多是不曾采用过的。为新的翅翼驱动机构的设计提供了一定的基础。     

仿生微扑翼飞行器翅翼机构的运动设计

实验研究表明,昆虫(如鹰蛾)在作特定的飞行时,它的翅尖作8字形运动,并伴有翅翼的翻转.为了设计微扑翼飞行器的翅翼机构,深入研究了8字形曲线的形状谱特征,发现了形状谱及其相似度计算公式无法有效识别不同8字形曲线的问题.针对该问题,提出了一种基于形状谱提取8字形连杆曲线特征参数和区分8字形连杆曲线的新方法,并用此方法进行了仿鹰蛾微扑翼飞行器翅翼机构的运动设计.     

一种柔性微型扑翼设计及其气动力特性的试验研究

微型扑翼机以其优良的机动性、低噪音、低成本、执行任务的多功能性以及在现代高科技局部战争中的潜在应用价值而得到各科技先进国家的重视,投入了大量精力开展研究工作。在我国也已经初步开展对微型扑翼机研究。但由于与微型扑翼飞行相关的低雷诺数空气动力学研究还处于萌芽阶段,对微型扑翼的设计研究工作尚无可供指导的成熟理论和借鉴的经验,目前微型扑翼的设计研究基本上是以试验为主。本文参照动物的扑翼飞行实例和固定翼飞行器机翼设计的经验,在对扑翼飞行基本原理分析研究的基础上,设计制作了一种微型扑翼及扑翼的驱动机构,采用直流电动机作为动力,通过调节驱动电压来控制扑动的频率。并对该微型扑翼进行了空气动力特性试验,得到了微型扑翼的空气动力特性,并从中得出了影响扑动升力的一些因素。实验结果表明,具有柔性翼面的扑翼,其产生的升力和推力较高而且比较稳定。     

扑翼式微型飞行器的升力测量与分析

昆虫通过高频扇翅可以产生很大的升力,相关的非定常空气动力学机理及理论逐渐被人们所认识。基于昆虫的仿生学设计了单个翅膀的扑翼机构,并利用自行设计的测力平台实现了对升力的测量。通过分析测力系统的动态特性及受激励后的响应,得到扑翼产生的周期升力。通过将试验数据与经验公式计算的结果进行比较,得到了升力与扑翼参数的关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。     

基于虚拟仪器的微型扑翼风洞实验系统研究

为了解决微型扑翼气动特性实验所面临的控制和测量参数多、气动力/力矩量值小、实时性强、耦合性高的困难,研制了基于虚拟仪器(Ⅵ)的微型扑翼飞行器风洞实验系统.该系统以西北某大学现有微型风洞为基础,采用高精度六分力天平、角度传感器、新型机翼扑动机构、可编程电源及工控机等设备,利用基于虚拟仪器(Ⅵ)的LabView软件对上述硬件设备进行集中控制及数据处理,可准确获得随时间变化的扑翼气动力,力矩、扑动角度,角速度、扑动输入,输出功率等数据.     

基于半转机构的扑翼飞行器的设计

针对国内外现有飞行器的发展现状,设计了一款旋转式扑翼仿生飞行器。该飞行器采用半转机构来模拟鸟类飞行,使飞行器能够产生很高的升力。介绍了设计的总体方案和工作原理,详细设计了飞行器的机械结构和控制装置,运用了UG软件对飞行器三维建模、虚拟装配和运动仿真,对制造实物提供了有用的研究价值。     

基于PZT微扑翼驱动机构的动态特性研究

建立两自由度PZT微扑翼驱动机构模型和动力学模型，结合主动控制构造一个负库仑摩擦型自激励振动系统，并研究其在不同参数下系统的响应，同时构造出交叉反馈控制以获得第一阶模态的响应，并和基于范德波尔自激励系统比较，研究表明正交反馈负库仑摩擦型自激励系统更具有优越性，为微扑翼驱动机构设计提供新思路。     

一类微扑翼驱动机构的双重建模与仿真

微扑翼飞行器是一个多学科交叉的研究领域，驱动机构的设计与制作是其中的关键环节。针对单曲柄双摇杆类型的驱动机构，首先建立了其相关参数的数学模型，然后用Visual C＋＋等软件开发了驱动机构设计计算模块。最后在ADAMS环境下建立了此类型驱动机构的仿真模型，并进行了运动学仿真，所得参数曲线与相应的数学模型曲线完全一致，验证了参数数学建模的正确性。本文工作为同类型驱动机构的设计与优化提供了理论基础，对其他类型的驱动机构也有很好的借鉴意义。     

太阳能光伏阵列模拟器设计与实验研究

针对分布式发电系统的特点和太阳能电池阵列的输出特性,设计了光伏阵列模拟器和最大功率点追踪控制器,并进行了实验研究,实验结果表明所设计的光伏阵列模拟器能够对给定参数的光伏阵列进行模拟,并具有较高精度。     

高速无泄漏脉冲反吹阀的设计与试验研究

针对脉冲反吹阀在Shell粉煤气化工艺系统中的使用要求.介绍了反吹阀的工作原理,并结合特种阀门产品的研发过程,对其结构设计、制造工艺等进行了讨论和分析.性能试验结果表明:该阀门达到了耐高温、响应速度快、关闭后无泄漏的要求,满足了Shell粉煤气化装置的工况需要,对保证工艺系统的稳定运行是实用有效的.     

微扑翼飞行器静电驱动机构的机电耦合特性研究

静电微驱动机构在微机械传感器、激励器中有着广泛的应用。对一种用于微型扑翼飞行器的扭转式静电微驱动机构,在建立其非线性动力学模型的基础上,采用数值方法在相空间中分析了系统的非线性动态特性,研究了初始条件和阻尼对临界拉入电压的影响,分析了在不同激励电压信号下系统的响应并得出方波信号较优的结论。最后针对静电扭转梁的有限元模型,采用顺序耦合场分析方法研究了系统的机电耦合特性。所得研究结论对扭转式静电微驱动机构的设计与应用提供了一定的理论依据。     

作动器性能检测实验系统的设计与研究

研究了一种作动器直线位移检测的新方法,克服了传统直尺检测方法精确度不高和读数误差大的缺点.研制出利用直线位移传感器KPC1-KPC6及数据采集卡PCI1711的作动器行程检测系统,该系统用VB程序为基础程序软件进行编程,经过A/D转换及多重数据处理,及时得到位移位置,可满足检测精度要求、实现电子化读数和输出,达到了更高的效率及稳定性.     

圆锥型压电换能器的动态设计与实验研究

对一种圆锥型夹心式压电换能器进行了动态设计与实验分析。利用有限元分析方法对换能器进行了动态设计,给出了该类压电换能器有限元建模方法,分析了换能器主要结构尺寸对振动模态、固有频率的影响。依据有限元分析结果,提出了一种基于数值分析的换能器优化设计方法,简化了设计过程。在数值分析的基础上,设计、研制了圆锥型夹心式压电换能器,并对压电换能器进行了性能测试。并将实验测试数据和有限元分析结果进行了对比,测试结果验证了数值分析与设计方法的合理性。     

便携式手术床床体轻量化设计与试验研究

从便携式手术床床体有限元分析结果出发,建立优化设计模型,进行手术床全参数化模型的尺寸设计优化,得到较合理的床体轻量化设计方案.对电测量技术所采集的数据与优化结果比较分析表明:二者吻合度较好,验证了优化算法的合理性与正确性,为便携式手术床的成功研制、推广应用奠定了基础.     

GIS 局部放电光学传感器仿真设计与试验研究

在气体绝缘开关设备(GIS)的光学局部放电检测中,光学传感器是检测系统的核心部件。该文针对导光柱光学局部放电传感器的设计开展了仿真和实验研究。首先,基于TracePro仿真软件,对导光柱的前置微结构和长度进行设计,提出了一种用于GIS局部放电检测的导光柱光学传感器。随后,搭建GIS光学局部放电实验平台,研究了不同前置微结构和长度的导光柱的实际检测效果。仿真与实验结果均表明：前置微结构为凹锥,长度与罐体内壁平齐的导光柱传感效果较好。仿真与实验结果一致,证明了设计的可行性和仿真模型的正确性。最后,在该仿真模型中设置了多个探测面和探测点,观察并分析了各探测面的总光辐射度分布图和各探测点的光辐射度值。不同探测点接收的光辐射度值与部件遮挡以及直射光强弱有关。以放电源y-115为例,P1探测面上的光斑集中在150°～210°附近,P2探测面上的最优探测点主要位于在30°和330°附近。研究成果将为GIS光学局部放电传感器的研制提供参考依据。     

Integrated design and assembly planning

Europe's consumer goods industries are characterized by a high share of assembly cost in the total product costs (up to 40%). Product and assembly costs are mainly determined at the design stage in terms of materials, product structure, geometry, tolerances, and other product and design features. The Integrated Design and Assembly Planning (IDAP) project was generated to help designers and planners create solutions which were right-first-time. Support will be given by methodologies and computer aided tools such as the DFA methodology, but their organizational view may be even more important. This paper outlines the specification work for IDAP, which is based on a market study and a conceptual definition, and includes the Functional, Technical/Methodical Reference, Hardware/Software Reference, and the Organization Reference Models, and the development of a user interface prototype.