扑翼飞行二维情形数值分析

基于计算流体力学(CFD)方法对微扑翼飞行的非定常空气动力学问题进行研究,已被大多数学者所认可.在对昆虫飞行运动仿真模拟的基础上,建立了扑翼运动二维简化模型及运动方程,并利用FLUENT软件及其嵌入用户自定义函数(UDF)和动网格技术,分析了二维翼型在不同控制飞行参数(包括扑翼频率、最大转动幅值、平动和转动相位差等)下的平均升力和阻力系数.数值模拟所得结果为微扑翼飞行器的设计提供了参考依据.     

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...     

微型扑翼飞行器虚拟设计与飞行仿真系统开发

介绍微型扑翼飞行器虚拟设计与仿真系统的总体结构和各功能模块的实现.根据拟合的仿生公式进行微扑翼飞行器的仿生学初步设计,进而建立了飞行器的三维结构模型,并根据飞行器的结构与扑翼运动规律进行了运动仿真.由飞行器的几种典型任务确定飞行模式,在建立飞行器动力学模型的基础上进行飞行姿态控制.采用随机分形技术生成具有真实感的地形,由此讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法.     

基于ProE的空间四连杆仿鸟扑翼机构的受力分析方法

针对仿鸟扑翼机构设计中对空气阻力以及机构零件强度的严格要求,提出了一种基于Pro E的对空间四连杆扑翼机构的受力分析方法。首先,对仿鸟扑翼机构及翅翼进行必要的简化;其次,将机构运动情况和空气阻力引起的阻力矩进行耦合,得出阻力矩关于从动件运动速度的函数;最后在Pro E中设置参数,实现受力分析,并得出可用于校核零件强度的受力分析数据。结果表明,该方法应用于仿鸟扑翼机构的受力分析可以简化设计流程,提高设计效率。     

三维扑翼鸟在自主飞行中俯仰角的控制和数值模拟

鸟类向前直飞的飞行状态主要取决于鸟体受到的升力、驱动力和鸟体的俯仰角.选择适当的翅膀拍动和旋转规律可以帮助鸟类获得足够的升力和驱动力,伴随着会产生一定的转动力矩,影响鸟体的俯仰角.本文通过对三维扑翼鸟在黏性不可压流体中自主飞行的数值模拟,揭示了起始俯仰角度和尾巴与躯干所成角度分别对飞行过程中鸟体俯仰角的影响:前者的主要影响限于起飞后的一段时间内,而后者的影响则贯穿整个自主飞行过程.这里使用了一个三维计算流体力学软件包,其中函括了浸入边界法(IBM)、体积函数法(VOF)、自适应多重网格有限体积法和游动与飞行的控制机制.     

扑翼模型的气动力研究

为了研究扑翼的气动特性,以蜜蜂翅为参考对象建立了扑翼的运动学模型. 利用计算流体力学方法,研究了最大拍动角、频率、攻角对扑翼气动力特性的影响,通过分析扑翼拍动在1个周期的升力和阻力变化,阐释了扑翼保持高升力的原因. 计算结果表明,翻转运动是造成升力变化的主要因素;平均升力会随着最大拍动角和频率的增大而增大;并在攻角50°时达到最大;而各工况对平均阻力的影响可忽略不计.     

翼装飞行

在翼装飞行的极限运动圈里，有一个“行业规矩”：如果一位相识的选手遇难，就在自己的手臂上刺一朵花。世界翼装联盟主席伊罗的手臂上有六朵花的刺青，也就意味着他所知的翼装飞行选手已有六人遇难，而随着科瓦茨的逝去，伊罗的手臂上将会刺上第七朵花。     

两段式三自由度仿鸟扑翼飞行器机构设计与仿真分析

针对现有仿鸟扑翼飞行器结构复杂、负载效率低等问题,本文通过将平行四连杆机构和齿轮齿条运动机构相结合,设计了一种新型仿鸟扑翼飞行器扑动机构,可以仅用一个驱动实现扑翼的扑动、折叠和扭转三个自由度的运动.首先,对所提出的新型扑翼机构进行理论分析,得出了扑动角、折叠角和扭转角与驱动角和杆长之间的关系式,并对机构杆长参数进行优化...     

扑翼式飞行器的发展与展望

本文简要介绍了扑翼式飞行器的国内外发展史,以及扑翼式飞行器相比于其他飞行器的优势,概述了当前扑翼式飞行器在国内外研究现状。以此为基础,讨论了现阶段扑翼式飞行器研究的关键技术,并对我国未来扑翼式飞行器的发展方向进行了展望。     

微型扑翼飞行器的位置控制器设计

针对微型扑翼飞行器(FWMAV)的位置跟踪控制问题,设计了一种新的FWMAV位置控制器.与传统控制器相比,新型控制器采用梯度算法,有效避免了位置求解过程中时变矩阵的求逆操作,避免了位置跟踪控制系统陷入奇异状态,降低了计算复杂度.仿真结果表明,在FWMAV位置跟踪控制过程中,基于梯度算法的位置控制器比比例微分控制器具有更好的性能.     

基于虚拟仪器的扑翼实验测控系统

针对扑翼实验测试的特殊要求,在原有微型飞行器风洞的基础上进行改造,设计构建了基于虚拟仪器的扑翼实验测量系统.该系统使用了高灵敏度的六分量天平,根据扑翼的特性引入了角度传感器,使力的变化与扑动角度相对应;充分利用了Labview图形化开发平台的优势,将控制与测量过程智能化.利用此系统可以对扑翼的多项性能进行测试.     

呼啸天地间的翼装飞行

2013年10月8日,在湖南张家界天门山举办的第二届世界翼装飞行世界锦标赛上传来噩耗,匈牙利翼装飞行运动员维克多·科瓦茨(Victor Kovats)在试飞时不幸撞崖身亡。一时间,"翼装飞行"这项本来就已经吸引了无数眼球的运动,迅即被舆论推上了风口浪尖。说到翼装飞行,大家都不会很陌生,近年来的多部电影中已经出现过翼装飞行的身影,比如《变形金刚3》和《钢铁侠3》等。这种令人血脉贲张的运动,畅销游戏大作当然也不会放过,例如在《使命召唤9:黑色行动2》的第二关,玩家就化身为身着翼装的反恐战士,在雨天里飞越缅甸的苍茫群山,一路上左旋右转,还要时刻防止撞山,最后在预定地点开伞并安然降落。而在现实中,世界各地都有很多翼装飞行的报道,网络上更是流传着许多翼装飞行的视频,相当惊险刺激。那么,翼装飞行究竟是一项什么样的运动呢?     

柔性扑翼水动力特性试验研究

为探究扑翼自身刚度和运动参数对其水动力特性的影响,依托仿生扑翼推进试验平台,实现扑翼的俯仰-升沉结合运动.使用六轴力/力矩传感器记录扑翼运动过程中的力学参数,同时利用高速相机记录扑翼运动情况;对力学数据进行均值化及归一化处理得出扑翼水动力特性随刚度及运动参数的变化规律;对图像进行处理,绘制出扑翼尾端点运动轨迹.试验结果表明:低刚度扑翼在低频下推力表现优异;扑翼刚度对推力稳定性起着重要作用;扑翼运动轨迹随着刚度增加,从杂乱无章演变为8字形,最终演变为弧线形.     

微型扑翼飞行器气动机理风洞试验研究

为了对微型扑翼飞行器的气动机理进行研究,利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对微型扑翼飞行器气动特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器气动特性的基本规律,为进一步研究微型扑翼飞行器的气动机理打下了基础,同时也可以为微型扑翼飞行器总体设计提供参考。     

柔性扑翼的模型建立及其功率研究

在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的柔性扑翼模型,使之更接近鸟翼真实扑动情况.模拟计算了时柔性扑翼气动功率及扑动效率随着扑动角、来流速度等参数的变化,从气动角度解释了为何鸟在不同的飞行阶段扑翼规律各不相同,为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据.     

扑翼飞行器的运动学仿真及气动力分析

在研制的仿生扑翼飞行器的基础上,建立了该飞行器的数学模型,并用MATLAB对简化了的机构进行了运动仿真,模拟出翅翼一个周期内的运动轨迹,同时也计算出了翅翼角速度的变化情况;编写了用条带理论计算升力的MATLAB程序,得出了一个周期内翅翼产生的气动力,同时计算出翅翼在一周期所产生的有效升力,通过选择合适的机构参数使产生的有效升力最大,为结构参数的设计提供指导;该方法可用于仿生扑翼飞行器的设计和分析,验证所设计的飞行器能否实现腾空飞行。     

混合翼型对扑翼推进性能影响分析

以NACA0006翼型为基准翼型,将其前缘部分更换为相对最大厚度较大的NACA0008、NACA0010、NACA0015和NACA0020翼型前缘部分,组成混合翼型.通过流体仿真软件Fluent14.5对基准翼型及混合翼型进行数值模拟计算,并分析扑翼运动的推进性能.结果表明:混合翼型相较于基准翼型对扑翼运动推力系数和推进效率有显著提高.     

柔性膜微型扑翼飞行器气动力的数值研究

采用数值法计算了膜扑翼飞行器的气动力,并与实验结果进行了对比.将惯性力和刚性扑翼产生的气动力作为原始载荷,采用有限元法计算了膜扑翼的变形,分析了此变形引起的气动力的变化.与实验结果的对照表明,该计算结果有较好的可靠性.与刚性扑翼相比,膜扑翼对升力的影响不大,但是大大地增大了推力的正峰值,使得推力有较大的增加,从而改善了扑翼飞行器的气动性能.     

仿生蝙蝠扑翼飞行器设计及气动特性分析

研究仿生蝙蝠扑翼飞行器扑翼过程中的气动特性,分析蝙蝠扑翼飞行周期的扑动流程为展开—下扑—收缩—抬升,将飞行器翅翼主要分为驱动机构及折叠机构.运用UG软件进行三维建模后建立数学模型,并利用ADAMS软件仿真验证,分析得到扑翼飞行器运动参数.采用ADAMS-XFlow联合仿真,考察不同翼型、来流速度和扑动频率对气动特性的影响.仿真结果表明,本文设计的扑翼飞行器半椭圆翼飞行参数优于矩形翼;3 m/s的飞行速度为最佳飞行速度;扑动频率应控制在2 Hz.仿真结果能够为扑翼飞行器结构设计选型、飞行环境及飞行参数设定等提供理论参考.