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。     

扑旋柔性翼飞行器驱动机构的设计及动力学建模

为解决传统旋翼飞行器在结构上需要尾梁、尾桨等来平衡扭矩装置所带来的飞行器结构复杂,升力与自身重量之比低,飞行性能不突出等问题,提出了一种扑旋翼结构设计方法,以及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器.采用电磁铁吸合驱动装置,通过电流方向控制电路实现电流规律正反向变化,从而产生交变电磁力驱动扑翼扑动.同时分析这种扑翼结构的特性,建立扑旋翼机构的结构模型,并应用拉格朗日方程分析建立扑旋翼驱动装置的动力学模型.仿真实验结果表明,采用某一频率的交变电磁力时机翼会产生共振现象,在同等作用力下机翼的扑动角会有一定的增大.     

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.     

仿昆扑翼微飞行器中高效传动铰链的研究

针对仿昆扑翼微飞行器对高效传动铰链的要求,从几何约束、应力条件、临界屈曲条件等方面,结合电磁驱动仿昆扑翼微飞行器对异质复合型柔性铰链进行了研究,给出了铰链的设计方法;研究了预应力对整个传动机构并联刚度以及铰链连接方式对整个传动机构串联刚度的影响;得到了传动机构中各铰链的宽度、厚度、长度、旋转刚度等设计参数.结果表明,整个传动机构的串联刚度是其并联刚度的135倍,满足了高效传递能量的要求;翅膀扑打角峰峰值达到了99.6°,较好符合了仿昆扑翼微飞行器的设计要求.     

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。     

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...     

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.     

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.     

柔性翼微型飞行器的稳定特性

为提高微型飞行器(M AV)的抗风扰动飞行稳定性,需要遵循仿生学原理,效仿自然界中的鸟类和昆虫,探讨抗风飞行的新方法。提出了柔性仿生机翼的概念,阐述了其设计思想与工作原理,并导出了大气扰动下柔性机翼气动力的解析表达。为验证柔性仿生机翼的实际性能,设计和制作了柔性仿生机翼M AV原理样机,并在风中进行了飞行试验。试验结果表明:采用柔性机翼能够显著改善有风条件下M AV的飞行品质,突风过载可降低40%左右,大大减弱了大气扰动对飞行的影响,有效提高了M AV的飞行稳定性。     

水空跨介质航行器前沿技术进展

随着仿生技术的不断发展,人类对飞鱼、崖海鸦、鲣鸟、飞乌贼等两栖生物的数据观测、仿真建模有了突破性的进展,水空跨介质航行器领域也随之得到飞速发展,但仍然存在一些关键技术难点。按照被仿生对象的种类,对水空跨介质航行器样机的研究进程,以及近年来在机翼结构、水空两栖推进方式等方面取得的进展进行归纳,并从计算机仿真与实验测试的角度,剖析了在对运动学和动力学的研究中所用到的研究方法。结合该领域发展现状,总结了一些关键的技术挑战,并提出跨介质航行器未来的展望。     

波浪作用下柔性靠船墩船舶撞击力统计分析

考虑船体、靠船墩弹性变形和护舷非线性变形,给出了波浪作用下外海轻型码头结构所遭受船舶撞击力的计算公式．根据公式中各随机变量的概率分布类型,采用Monte-Carlo方法对波浪作用下柔性靠船墩结构所遭受的船舶撞击力进行了统计分析．给出了设计基准期内撞击力的概率分布函数和不同刚度比下撞击力的均值系数和变异系数．结果表明：在设计基准期50a内波浪作用下柔性靠船墩船舶撞击力服从极值I型分布;船舶撞击力的均值系数为0．511,变异系数为0．429．     

基于大涡模拟方法的闭口箱梁气动三分力系数识别

以苏通长江大桥主桥闭口箱梁断面为例,采用大涡模拟方法的动态Smagorinsky模式,计算了雷诺数与风洞试验相当的断面气动三分力系数,并与实验值及雷诺时均方法的结果进行了对比.同时也进行了二维计算域的计算,并对不同三维计算域尺度及网格分辨率进行了计算对比,计算得到了不同计算域及网格对计算结果的影响情况.     

Z字形折叠无人机气动优化设计

针对Z字形无人机存在滚转力矩和偏航力矩的问题,提出一种基于混合翼型参数化的整机多目标优化方法,以非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）为核心与混合翼型参数化、SCDM流场建模、Fluent Meshing网格划分以及Fluent Solution流场计算相结合,建立优化模型,进而开发出基于Isight平台的整机自动优化流程,实现Z字形无人机的气动优化设计。结果表明,基于混合翼型参数化的优化平台,增加了翼型优化的搜索空间,实现了多目标预定数值的优化,减小了Z字形无人机的滚转力矩和偏航力矩,提高了其整体的气动性能。所提方法能消除有限翼展无人机的力矩,为解决不对称无人机滚转和偏航问题提供了技术参考。     

整车气动声学风洞数值模拟

通过实际测量建立气动声学风洞计算域模型,考虑了试验段与外界的联通、脉动压力和瞬态气流交换,以便更好地重现风洞试验段流场的流动特性和非定常特性。将数值模拟结果与风洞实测结果在速度分布、静压梯度、风洞压力平衡口流场、缓冲口流场等具有代表性的流动和压力等特征物理量进行对比分析,结果表明：风洞计算域的数值模拟结果能够较好的贴合风洞的实际流动特征。使用实车模型分别在风洞计算与传统长方体计算域进行数值模拟计算,并与风洞试验结果进行对比分析,结果显示：应用风洞计算域的数值模拟结果更接近风洞试验结果。     

侧风作用下汽车外流场气动特性分析

 针对汽车行驶中受侧风的影响问题,通过数值模拟研究了侧风作用下汽车的气动特性。利用三维软件UG 设定某实车模型参数,基于计算流体力学方法对实车模型进行数值模拟,研究侧风作用下车身外流场变化以及不同前车窗倾角对汽车气动特性的影响。结果表明,侧风中汽车外流场不对称,导致空气侧向力系数急剧增加达到0.927,空气阻力系数增加38.5%达到0.392,空气升力系数增加15.6%达到0.281;随着前车窗倾角的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少,车身表面正负压区域缩小,空气侧向力及空气升力系数变小,在前车窗倾角为35°时,汽车在侧风中的气动特性最优。     

升力面有地面效应的亚音速非定常气动力数值计算法

本文在升力面本身和在相对于地面的映像位置上布置非定常涡环,计算了升力面有地面效应的非定常气动力,分析了地面效应对非定常气动力的影响情况。     

前掠翼模型低速气动力实验与仿真

基于一种高速前掠翼布局翼身组合体缩比模型,开展低速风洞纵向气动力实验研究,包括与相应后掠翼对比实验和细长边条前掠翼实验,实验攻角-4°～+36°,特征雷诺数4×10₅。结果表明：低速实验条件下,前掠翼升阻力特性与相应后掠翼基本相同,但前掠翼表现出良好大迎角气动性能发展趋势。翼根前加装面积仅为机翼面积5.2%的大后掠细长边条后,前掠翼升力特性明显改善,33°迎角时最大升力系数比基本前掠翼提高约40%。依据模型风洞实验实际条件,采用雷诺时均方程和FLUENT软件,进行前掠翼模型流场气动力数值仿真,仿真计算模型构建合理,能够支持分析风洞实验数据。     

纯电动汽车动力性能分析与计算

对纯电动汽车车载电动机的动力特性进行了研究分析。建立了纯电动汽车动力性能计算模型,并在MATLAB平台下开发了纯电动汽车动力性能仿真软件系统。基于此软件系统选取三款不同动力特性的车载电动机与三组变速箱组合进行了仿真测试,对车载电动机额定转矩、额定功率和最高转速对汽车最高车速、爬坡性能以及加速性能的影响进行了归纳总结。首次以方程形式建立了准确的纯电动汽车动力性能计算模型。