采用仿鱼形叶片的多翼离心风机性能研究

受鲹科鱼类机动游动姿态和涡流特征启发,设计了一种仿鲹科鱼体弯曲姿态的多翼离心风机用仿生叶片,采用数值模拟方法,分别研究了常规单圆弧原型叶片和仿鱼形叶片对多翼离心风机气动性能、噪声的影响。通过可视化分析发现,在仿鱼形叶片的叶道内,旋涡强度明显小于原型风机,流场分布更加均匀。仿鱼形叶片的采用有效降低了风机蜗舌处的压力脉动,减弱了叶片与蜗舌之间的非定常相互作用。风机气动噪声计算与分析结果表明,单圆弧原型叶片的风机噪声频率分布于低频声段和中频声段,而仿鱼形叶片的风机噪声频率主要集中在中频声段范围内,这表明两种风机的噪声频率分布规律和噪声传播路径不相同。数值计算结果表明,采用仿鱼形叶片的多翼离心风机气动性能明显得到改善,其中风量增加了12.5%,效率提升了5.65%,同时测点处噪声平均值下降了2.78dB。     

无缆微型仿鱼泳动机器人的设计与运动分析

根据鱼类的游动推进原理,提出一种基于螺线管线圈结构的外磁场驱动微型仿鱼机器人的设计方案,构建了其实验控制系统,分析了机器人在液体中的推进力和动力学模型,以及尾鳍对其推进性能的影响。实验结果表明,不同的尾鳍摆动频率和尾鳍长度对推进速度有很大影响,其运动速度随驱动频率的增大而逐步增大,但当驱动频率大于7 Hz时运动速度减慢。实验结果与理论分析相一致。     

鱼翅推进

盛产于北美的一种鱼类(图1),它的推进力是靠两翅作周期性的摆动得来的(图2)。它们每年从墨西哥湾到加拿大回游一次,行程万余公里,速率甚高。这就引起了人们的好奇,它们的推进力从何而来?希望从中得到启示,能到工程中去应用。计算这类生物运动的理论方法想必可直接应用到“减摇鳍”的设计上。大风浪中舰艇船舶由于风浪影响左右摇摆,为了维持平衡可在舰船两侧加翼。在计算机的控制下主动运动以使作用在翼上的力能抵消波浪力,从而维持舰船的平衡。因此本问题的研究是有直接的现实意义的。     

鱼形仿生柔性翼结构设计及优化

以锦鲤为生物原型,开展了鱼形仿生柔性翼结构设计及优化研究。通过循环水池实验,表征出锦鲤游动姿态;基于折纸结构,建立鱼形仿生柔性翼结构模型,研究其驱动载荷和振动幅值的特性。设计正交试验,分析鱼形仿生柔性翼结构设计的主要几何参数对其性能的影响规律,并通过周期性运动对其性能进一步分析。结果表明：结构外板厚度、结构内板厚度和隔板角度对驱动载荷和振动幅值的影响依次增大。仿生柔性翼外/内板厚度、隔板角度依次为0.7mm/0.3mm、75°,其摆动姿态和实际锦鲤摆动姿态的最大偏差是8.13%。且该结构的极限屈服幅度远大于试验的最大屈服幅度,回弹性能好。     

摆动频率影响扑翼推进水动力的数值仿真研究

通过建立简谐运动耦合的二自由度扑翼运动模型,基于动网格技术对水下扑翼推进水动力特性展开数值仿真研究。通过数值仿真发现：扑翼推进力和最大升力与扑翼摆动频率的平方近似成正比;摆动频率影响前沿涡和尾涡的产生和脱落,从而影响推力     

控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性

首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统;最后,在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.数值计算结果表明,所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制,文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应.     

日本 鱼形机器人水中自主游

近日，在日本爱知世界博览会机器人展览中，由日本三菱重工业公司研制的鱼形机器人吸引了不少观众。该款机器人长1米、重25公斤，可在水中自主游动。     

多翼自治水下机器人动力学建模与姿态控制

为了提高多翼自治水下机器人姿态自主控制的稳定性和控制性能,设计了基于多翼水下机器人全参数控制模型的姿态控制系统.首先对多翼自治水下机器人进行运动学和动力学分析,建立多翼自治水下机器人的全参数运动控制模型;在此基础上建立多翼自治水下机器人整体控制系统,设计基于线性二次型最优控制的多翼自治水下机器人姿态控制器;最后进行多翼自治水下机器人姿态控制仿真实验.结果表明:在给定的外界干扰下,多翼自治水下机器人能够快速稳定跟踪目标姿态,所建立的控制器以及控制模型能够满足多翼水下机器人姿态的自主控制需要,达到设计目标.     

基于虚拟仪器技术的平衡控制系统建模分析

针对机器人的平衡控制系统类似于一阶倒立摆平衡机构,使用一阶倒立摆数学模型来对原机器人系统进行近似的控制器设计。     

仿鸟扑翼机器人气动力建模与分析

采用改进的叶素理论对仿鸟扑翼机器人的空气动力学问题进行了研究,建立了低雷诺数、非定常条件下,仿中小尺度飞鸟扑翼机器人的扑动模型和扭转模型,并考虑非定常尾涡对展向气流的下洗效应,对飞行迎角进行了修正.在此基础上,建立了扑翼机器人的升力模型和推力模型.实验数据与仿真结果基本吻合,较好地揭示了气动力在下扑和上扑阶段的变化趋势...     

一种新型微型仿生机器鱼控制系统的设计

针对ICPF（ionic conducting polymer film）驱动的微型智能仿生机器鱼进行研究.以鱼类为仿生对象,通过对鱼类游动机理的仿生学研究,设计了鱼形结构的主体框架、两自由度的胸鳍和尾鳍推进机构及基于AVR单片机的机器鱼硬件控制系统.针对微型仿生鱼运动特点,设计了直线巡游和转弯运动等运动模式及自动避障功能.最后建立了仿生机器鱼实验系统,进行了仿生机器鱼驱动性能测试和推进实验,实现了仿生机器鱼的避障功能,验证了系统设计的可行性.     

尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响

研究了尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响. 设计了一套摆尾仿生推进装置,实验分析了仿金枪鱼、仿海豚、仿白鲸3种尾鳍的推进性能. 同时采用数值方法对尾鳍的水动力性能进行了计算. 实验和数值结果表明,仿金枪鱼尾鳍的平均推力系数和输入功率系数最小,推进效率最高. 对尾涡的分析表明,仿金枪鱼尾鳍尾涡强度最弱,分布范围最小.     

升力测量技术在减摇鳍控制系统中的应用

基于升力反馈控制减摇鳍系统,分析升力测量原理及所存在的非线性特性,并在升力控制减摇鳍伺服系统中采用升力/鳍角综合控制减摇鳍控制方法,修正升力反馈信号的检测问题.构建基于小波降噪的数据融合模型,该模型综合升力、鳍角传感器不同频带信息,消除信息之间的冗余和矛盾,利用信息之间的互补来获得对升力信号相对完整一致的描述.仿真结果...     

仿生机器鱼胸鳍的三维设计及数控加工

胸鳍是机器鱼实现沉浮、变向、倒退和推进的关键部件,胸鳍的三维设计及型面质量直接影响机器鱼实现稳定的各种运动.本文运用Soildworks2007对仿生机器鱼的胸鳍进行三维设计,通过CAM功能生成了胸鳍数控加工的代码,并用数控机床实现了机器鱼胸鳍的数控加工.     

一种摆动式柔性尾部的仿生机器鱼

提出了一种摆动式柔性尾部的仿生机器鱼设计方案,着重解决了机器鱼摆动式推进的问题.在该方案中,应用曲柄摇杆原理,采用了特殊的四连杆摆动机构,结合柔性尾部实现了机器鱼的摆动式推进;巧妙应用了霍尔位置传感器,检测摆杆临界位置,实现了鱼尾位置判断,进而控制鱼尾来转向;研制了以气缸为压缩泵的气路沉浮机构作为"鱼鳔",能使机器鱼进行沉浮动作.实验显示这种机器鱼达到了预期的功能,在水下作业、军事侦察、娱乐等领域有一定的研究应用价值.     

工艺参数对切削-挤压过程影响规律的研究

采用切削-挤压成形技术进行整体翅片的加工。简述了切削-挤压成形的原理,分析了有利于翅片形成的刀具结构;通过实验研究了一定刀具结构和切削速度下,保证翅片有效成形的切削深度与进给量间相互影响关系,以及切削层宽度与切削层厚度对于翅尖形状的影响;利用建立的切削-挤压力测试系统,根据实验结果获得了切削-挤压力与切削用量间的经验公式。可以为合理选择工艺参数以获得理想翅片形状和尺寸提供理论依据。     

力控式减摇鳍箱体主焊缝应力状态分析

对力控式减摇鳍箱体主焊缝的应力状态进行了分析,提出了箱体设计中应注意的问题。对保证箱体焊接强度提出了工艺措施。     

电子器件空气强制对流冷却研究

运用翅片开缝等设计思想，对电子器件空气冷却平片散热器中的翅片进行改进，并对连续平片、分段平片、分段开缝翅片等散热器进行了层流流动与换热的数值模拟．研究发现，在相同风扇泵功条件下，分段平片性能优于连续平片，开缝翅片优于分段平片．提出了一种适用于冷却要求更高的新型散热器，相比原散热器，新型散热器翅片间距和翅片厚度更小，翅片开缝且分段．初步研究表明，这种新型散热器在风扇功率足够的情况下，可以用于下一代热负荷更高的CPU，并讨论了常规的空气强制对流冷却的极限问题．     

椭圆管矩形翅片肋效率的数值计算

采用有限差分数值分析方法，应用温度逐次更新处理技术对不同扰流孔下的椭圆管矩形翅片的肋效率进行计算。结果表明，采用当量椭圆简化矩形翅片使肋效率偏高，增加扰流孔则导致肋效率下降。