地面机械脱附减阻仿生研究进展

机械仿生的理论研究具有重要的科学意义，仿生机械的研发在工程技术领域中有重要的应用价值。自然界的生物，在优胜劣汰的进化过程中，为了生存，必须造就适应环境、延续生命的本领。本文从地面机械脱附减阻的研究现状着手，结合吉林大学多年来在这一领域系列性的研究成果，介绍了土壤动物脱附减阻的基本原理，进而阐述了形态仿生、柔性仿生、电渗仿生、构形仿生，以及多元耦合（协同）仿生的原理与技术。最后介绍了工程仿生的应用研究，并指出这些理论具有广阔的发展前景。     

仿尺蠖步态的爬杆机器人的动态仿真研究

以仿尺蠖步态的爬杆机器人为研究对象,对其机械结构及行进步态进行了分析,并进一步利用ADAMS软件建立了该仿生机器人的虚拟样机,对该仿生机器人进行了动态模拟仿真实验。研究了在爬杆过程中仿生机器人头部与尾部的速度及位移随时间的变化关系,以及该仿生机器人对变直径工作杆的适应能力,同时分析了不同摩擦材料制成的自锁机构对机器人运动特性的影响。仿真结果表明：该仿生机器人对于直径在一定范围内变化的工作杆有着较好的适应能力,且自锁机构的静摩擦系数为影响该机器人运动特性的关键参数。     

3MW海上风力发电机机舱热平衡设计

以3MW海上风力发电机为研究对象,在考察其机舱布置结构、主要部件散热情况及环境要求的基础上,对机舱进行了热平衡设计,建立了机舱热平衡方程;提出了舱内部件载荷、机舱内外对流换热系数、舱内正压维持新风量的计算方法;获得了射流冷却方式下的舱内热载荷变化特性;并研究了舱内外空气温度、速度、舱体表面灰度等因素对机舱热平衡的影响。研究工作对于大容量风力发电冷却系统的设计优化具有参考价值。     

鲨鱼皮复制工艺研究

对动物体表形貌进行直接复制以成形出形貌比较接近生物原型的仿生表面,是生物约束成形向动物形体扩展的新尝试．以鲨鱼皮为生物复制样本,以微压印和微塑铸为材料成形手段,对鲨鱼皮外端形貌进行了微复制．复制精度分析结果表明,生物约束成形工艺能以较高精度复制出鲨鱼微鳞片的外端形貌,证实了生物约束成形技术可以应用于表皮坚硬的动物体表形貌复制．     

水稻-稻田环境系统重要信息快速获取技术研究进展

快速有效地采集和描述水稻-稻田环境系统重要信息,是水稻精准生产作业的重要前提和关键.在水稻的精准生产过程中,需要掌握稻田平整度、泥脚深度与耕作阻力、稻田水层高度及土壤含水率、土壤养分、温室气体排放、稻田有害排放物和水稻病虫害、水稻苗情长势以及产量估测等信息,要求能够定位、快速、精确、连续地测量.传统的实验室分析方法已很难满足这一要求,为此,需要大力开展适用于水稻-稻田环境系统重要信息快速获取技术的研究.文章主要对上述信息快速获取技术的研究进展进行了分析,并提出了今后进一步开展水稻-稻田环境系统重要信息快速获取技术的研究方向.     

基于构型创新的水陆两栖无人平台减阻增速技术

水陆两栖无人平台的水上航速是其作战效能发挥的核心指标之一,对于快速处置涉水险情,提升航渡生存概率和抢滩登陆机动性具有重要意义.本文梳理了典型轮式、履带式水陆两栖有人/无人平台构造原理和技术特性,阐述了其航态特征和航行时水阻力成分,剖析了高速水陆两栖平台水阻力与其构型的内在联系,重点从可收放悬架创新设计、附件减阻创新布局、车体形状优化仿生、沟槽和气幕技术应用等角度总结归纳了减阻增速方法.研究结论可作为新一代水陆两栖无人平台研制的技术参考,也可为水陆两栖无人装备建设和规划发展提供参考.     

土壤动物对大气CO2浓度升高响应研究的进展

土壤动物在农业生态系统腐屑食物网中占有重要地位，它们参与土壤有机质分解，植物管养矿化及养分循环作用，国外许多试验表明，土壤运动及其多样性对全球变化，尤其是大气CO2浓度升高产生正向，中性和负向的响应，本文首先介绍了土壤动物的分类在养分循环中的作用，其次论述了土壤动物对大气CO2浓度升高响应的研究进展，最后提出我国近期将优先研究的几项任务。     

土地利用／覆被变化对土壤质量影响研究进展

土地利用／覆被变化作为人类利用土地各种活动的综合反映,是影响土壤质量变化最普遍、最直接、最深刻的因素。利用与覆被变化体现为：林草地与耕地间的转变、湿地开垦为农田及耕作经营措施、作物轮作制度、施肥等变化,不仅对土壤质量造成了不同程度的影响,而且通过影响气候、土壤、水文以及地貌而对自然环境产生了深刻的影响。文章从土地覆被类型变化、农作物种类变化、土地利用集约度变化等方面,综述了近期取得的研究成果,指出研究中存在的难点及今后研究的重点。     

摩擦阻力对水蒸气超音速流动自发凝结的影响

建立了一维有摩擦损失条件下的喷管内水蒸气超音速流动自发凝结数学模型,对水蒸气在喷管内的超音速流动自发凝结过程进行了数值计算,结果表明,模拟结果与相关文献实验结果基本一致．利用上述数值模型系统研究了摩擦阻力对水蒸气超音速流动自发凝结的影响,结果发现摩擦阻力的大小对喷管内水蒸气超音速流动自发凝结参数有着直接影响,在喷管设计过程中,准确考虑流动阻力的影响对于保证喷管的工作性能是重要的．     

热电有限元模型应力分析研究现状及方法介绍

旨在分析热电模块及系统内部应力分布情况的热-电-结构耦合问题近年来得到了产业和学术界的广泛关注,该类问题以有限元模型分析为主要手段,研究内部应力云图及曲线的分布及变化情况,对设计热电模块时预防和减少应力集中提供直观有效的帮助.本文总结了国内外热电有限元模型应力分析的最新研究进展,介绍了热电有限元模型应力分析的基本原理,模型建立过程及相应部件物性参数的选择依据,利用有限元分析软件计算得到的应力分布及变化的结论,以及对热电模块结构进行优化设计的方法.     

基于压缩感知的多角度合成孔径雷达成像

多角度合成孔径雷达（syntheticapertureradar,SAR）成像是实现多SAR信息融合的重要方式．对提高成像分辨率．重构目标轮廓进而提高雷达目标检测或分类性能具有基础性价值．由于各传感器发射信号和测量位置的多样性,实现多角度SAR成像具有挑战性．如何在噪声干扰情况下快速实现多角度SAR成像是一个新问题．本文建立了基于压缩感知的多角度SAR测量模型．通过对测量矩阵的分析,证明多角度SAR测量角度范围、发射信号载频和空间采样位置是影响成像性能的关键因素,研究了目标空间离散间隔对成像质量和分辨率的影响．以上述分析为基础,本文对多角度SAR发射信号载频和测量位置进行设计,构建满足约束等距性的测量矩阵．针对测量矩阵阶次较高的问题,文章提出用分段正交匹配追踪（stagewiseorthogonalmatchingpursuit,STOMP）进行模型求解,在测量矩阵欠定严重的情况下,该算法可以迅速求得模型最优稀疏解．在实验环节．通过分析多角度SAR参数对成像性能的影响,进一步验证了本文结论．实验验证了模型和相应求解算法的有效性和鲁棒性．     

带翠凤蝶翅面结构光变色机理的试验研究

动物体表彩色是在长期生物进化过程中为了逃避天敌、捕捉猎物或展示自身艳丽而自然形成的, 研究其结构光机理是仿生学的一个重要方面. 根据用酒精溶液填充到绿带翠凤蝶翅面蓝色鳞片区域的瞬时改变颜色成绿色, 最后又还原成蓝色这一现象, 应用体视显微镜、扫描电镜、透射电镜和紫外可见分光光度计, 通过分析翅面鳞片的微观结构和光学特性与变色效应关系, 发现中国东北地区的绿带翠凤蝶蓝色鳞片可以变色, 其原因在于可见光经过鳞片的凹坑状多层薄膜反射结构与填充介质时, 由于介质的折射率不同, 引起了一定波长的光波发生干涉, 形成相应波长的颜色, 这对于视频隐身材料的仿生设计具有重要的学术参考价值.     

个性化三维打印仿生骨骼术前诊断模型

目前骨科临床手术利用CT数字图像诊断病案、规划手术方案及复位策略,不易在术前进行操作练习,所选取的内固定骨钉和骨板无法测定力学匹配,从而难以避免术后应力并发症.术中依赖手术医生的经验和工具反复测量以便准确选取内固定器械,从而延长了患者创面开放时间,增加术中静脉血栓甚至动脉血栓并发症几率.尤其对于血管和神经丰富的股骨头更是容易引起术中并发症,甚至致残致死.本文分析了骨骼解剖模型的结构,研究了骨骼的内部微细结构、术前诊断模型外形轮廓以及力学性能的仿生设计方法,在此基础上,通过控制三维打印工艺、粉体材料成分和材料参数,得到不同力学性能的骨支架,从而实现了个性化定制的全骨仿生术前诊断模型.利用该模型可有效反映病患骨折和骨缺损真实特点,并可增加观察视场,明确骨折和骨缺损的实际情况和病症分型,从而有助于制定固定骨钉和骨板实际操作方案和规划替代骨植入方案,为术前手术设计、复位模拟、内置物选择、三维数据测量等重要手术环节提供物理操作模型,可明显改善手术效果,有效缩短手术时间,减少术中和术后并发症几率.     

管内核心流强化传热的机理与数值分析

提出了管内核心流强化传热的方法,其原理是通过在充分发展的管内层流核心流区域采取强化传热措施,从而在管内壁附近形成一个等效的热边界层,以加大壁面附近流体的温度梯度,达到强化表面换热的目的,但又不显著地增加流动阻力．对空气和水2种流体的分析比较和计算结果说明：管内核心流传热强化的原理和方法对指导高效一低阻热交换器的设计具有一定的意义．     

“刚-柔”共融型仿生机器鱼

智能软材料以其高柔顺度、多功能、多物理场效应等优良行为得到了研究者们的关注.作为一类典型的智能软材料,介电高弹体(DE)具有电驱动大变形、快速响应、质轻价廉、生物亲和性好等优点,具有广阔的应用前景.该材料尤其适合作为人工肌肉应用到仿生机器人中,实现其结构柔软与大变形驱动.本文以蝠鲼为仿生原型,基于材料的电压驱动控制大变形机制,设计优化了一类介电高弹体薄膜面内驱动变形转化为扑动-波动混合型推进的驱动机构.将该机构用于胸鳍驱动的机器鱼系统,通过电子器件-刚性结构-柔性材料的融合集成,成功设计了一种材料与结构"刚-柔"共融型仿生机器鱼,并开展了相应的性能测试和功能集成."刚-柔"共融型仿生机器鱼通过分别独立控制两个胸鳍机构,可实现良好的机动性能;并利用高分子材料特性,可实现结构柔软与全透明化等优异的环境适应性能.该研究结果和机构设计原理将有望为"刚-柔"共融型机器人和仿生机器人的研究与应用提供参考.     

支取发射电流过程对热阴极温度影响的研究

从理查森方程出发，分析了阴极温度的变化对阴极饱和发射电流密度的影响，提出了研究阴极工作状态对阴极初始温度影响的重要性。对热阴极支取电流时造成阴极温度下降的现象进行了实验研究和机理分析。实验表明阴极在支取2．92A／cm^2的电流时将会使阴极温度下降30℃左右。用热电子发射理论对实验结果进行了分析，推导出阴极温度随支取发射电流变化的关系公式。从公式出发分析了影响阴极温度下降的各种因素，并对其影响进行了理论分析，分析结果与实验非常相符。     

新疆膜下滴灌土壤粒径分布及与水盐含量的关系

土壤粒径分布及空间变化是土壤重要的物理特性之一,对土壤水分和溶质运移、土壤侵蚀等有重要意义．研究选用新疆膜下滴灌试验田的563个土壤样品,利用激光衍射粒径分析仪分析土壤粒径分布,采用质地三角分类、分形和多重分形对土壤粒径分布进行研究,探讨土壤粒径特征及与水盐含量的关系．研究区土壤颗粒中粘粒含量偏低,平均值为1．52％,砂粒含量最大,粒径分布呈现复杂的单、双峰分布特征;土壤粒径分布的分形和多重分形与土壤颗粒含量的标准差及最大值有良好的相关性,可以较好地反映土壤粒径分布曲线．膜下滴灌对表层土壤盐分空间分布有较大影响,随着深度增加影响减弱;土壤质地与稳定状态下土壤水盐含量关系密切,特别是对土壤表层盐分聚集和深层土壤水分分布有显著影响．     

高韧温敏复合水凝胶仿生变色鱼

韧性水凝胶具有超大弹性变形、高韧性、高透光性、良好的生物相容性等优势,在生物医疗、柔性电子、驱动传感、软机器等领域具有广泛应用前景.本文针对海洋生物的变色功能进行仿生模拟,合成了PAAMAlginate韧性水凝胶和PNIPAM温敏水凝胶,采用3D打印技术制作了仿生结构模具,通过倒模制备了高韧温敏复合水凝胶仿生鱼.制备的仿生鱼在常温下能与水体环境良好融合,在外界温度升高时可改变自身透明度和颜色,模拟海洋生物受外界刺激后的伪装行为.另外,该仿生鱼具有高韧性,在受到弯曲、扭转、冲击及印压作用后仍能恢复初始形状,无明显损伤.本文设计的高韧温敏复合水凝胶在软体仿生领域极具潜力,可为未来共融机器人的研发提供新思路.     

基于特征模型的再入飞行器自适应制导律设计

文中针对航天飞机类再入飞行器对参考阻力加速度曲线的跟踪问题，设计了基于特征模型的自适应制导律．首先将线性定常系统的特征建模方法推广到单输入单输出线性时变系统，从而建立了再入飞行器的特征模型，然后对特征模型提出一种新的非线性微分黄金分割自适应控制律．当特征模型的系数属于有界闭凸集，且系数的变化速率满足一定约束条件时，文中证明了非线性微分黄金分割自适应控制系统是一致渐近稳定的．在特征模型的基础上，通过结合使用跟踪控制律、非线性微分黄金分割控制律和改进的逻辑积分控制律，设计了再入飞行器基于特征模型的自适应制导律．它克服了反馈线性化方法要求精确获得对象模型的缺点．仿真结果表明，文中设计的自适应制导律对参考阻力加速度曲线的跟踪性能明显优于反馈线性化方法．     

蜻蜓翅膀功能特性及其仿生研究进展

蜻蜓是自然界最优秀的飞行者之一,其通过翅膀的形态、构形、结构、材料等多个因素的相互耦合协同作用,展现出优异的功能特性,为航空航天飞行器和仿生微扑翼飞行器等的设计、研制和开发提供了天然的生物蓝本.近年来,国内外学者在蜻蜓翅翼的几何结构、材料特性、飞行机理及翅翼飞行时的控制方式等方面的研究取得了一定进展,有力助推了蜻蜓翅翼不同层面的仿生应用.本文简述了蜻蜓翅膀的飞行、自清洁、抗疲劳、消振降噪等功能特性,阐释了蜻蜓翅膀的形态、构形、结构、材料等与其功能特性之间的内在关系,分析了蜻蜓翅膀功能特性仿生研究的态势并展望了其应用前景.