仿生扑翼UUV的研究进展及关键技术

针对当前无人水下航行器低速下近目标作业能力较差的问题,人们开始了对仿生扑翼推进方式的探索研究,仿生扑翼UUV应运而生。简要介绍了仿生扑翼UUV的概念、特点及其应用,综述了仿生扑翼UUV的国内外研究成果及现状。在此基础上对仿生扑翼UUV的研制所面临的一些关键技术进行了讨论,并结合目前的研究情况,展望了仿生扑翼UUV的未来发展趋势。     

仿蝴蝶扑翼飞行器:研究进展、挑战与未来发展

以昆虫为灵感设计的仿生扑翼飞行器在近三十余年来的时间里发展迅速,而蝴蝶作为众多昆虫中极富特色的一种也得到了许多研究者的关注。国内外以蝴蝶为研究对象进行了许多的仿生学研究和仿生飞行器研制,尤其是近十年来仿蝴蝶扑翼飞行器的设计与制造取得了较大的进展。对这一热点领域的研究进行了综述。首先从仿蝴蝶扑翼飞行器(BIFAV)的升力机制研究、结构设计与制造以及驱动与控制方面,综述近年来所取得的研究成果;其次指出仿蝴蝶扑翼飞行器目前在大小尺度、飞行灵活性、续航时间、控制鲁棒性以及仿生的逼真性方面仍然存在研究挑战;最终表明其未来的研究将朝着更小的尺寸、更灵活的飞行与更可靠的控制、更高的仿生程度等方向进一步完善。     

基于CFD仿真的扑动模式对扑翼气动性能影响研究

为了研究扑翼运动模式对气动性能的影响,基于CFD软件建立了一种多自由度扑翼气动性能计算模型。首先,结合翅翼的仿生外形建立了三维仿生扑翼模型,通过编写用户自定义函数(UDF)定义了翅翼的多自由度扑翼气动函数,在此基础上,运用CFD软件对不同自由度运动模式下翅翼的升力和推力系数进行计算;最后,结合翅翼表面的压力云图和涡结构变化揭示了运动模式对三维扑翼的气动力影响特征。结果表明：在扑翼迎风水平前飞时,扭转运动加快了翅翼尾缘涡的脱落进程,增强了尾缘涡的的强度,使扑翼的升力在数值上提升了0.25倍,推力系数则提升了4.69倍;水平挥摆运动会进一步增大尾缘涡的强度和形状,显著提高了扑翼的推力性能,并且当水平运动频率调控参数k=2时,扑翼的升力和推力性能会得到进一步提高。     

仿生扑翼飞行器姿态稳定控制设计与实验

针对扑翼飞行器在飞行过程中姿态调整控制问题,提出了一种快速响应的自动姿态稳定控制方法。利用牛顿定律和动量矩定理建立扑翼飞行器数学模型,结合扑翼飞行器姿态变化工作原理,研究飞行过程中姿态调整控制方案策略。采用串级PID控制算法设计姿态调整内环和外环控制器,以扑翼飞行器欧拉角为输出,对扑翼飞行器姿态调整过程进行了仿真计算以及外场飞行实验。通过对扑翼飞行器姿态角的响应仿真分析及外场飞行实验数据分析,验证了扑翼飞行器数学模型的准确性及姿态控制器的有效性。结果表明：在阶跃信号输入下,姿态角能快速响应并快速趋于稳态,外场飞行中扑翼飞行器俯仰角保持15°,飞行加速度保持1 m/s²,可以较好地自动保持姿态稳定。     

微纳扑翼飞行器前沿动态综述与启示建议

对微纳扑翼飞行器前沿动态发展进行了综合评述,并结合微纳飞行器当前发展态势,给出了微纳飞行器在未来发展的建设性意见。首先介绍了微纳扑翼飞行器的研究背景与基本概念,对微纳扑翼飞行方式的高升力产生机制和微纳扑翼飞行器的气动力学进行了简单的分析;其次分别讨论了国内外相关机构研制的微纳扑翼飞行器不同的传动结构、加工工艺以及能源驱动方式的机理特点;再次对微纳扑翼飞行器在军事和民生两方面的应用潜力和发展态势挑战进行了概括;最后对微纳扑翼飞行器未来在结构创新设计、加工制造低成本智能化、能源驱动高效以及自主智能控制等需要重点研究的方向给出建议。综述表明,微纳扑翼飞行器的设计、加工、能源和驱动都处于发展初期阶段,还需继续深入展开研究,其在军民方面具有巨大应用潜力,未来将会继续掀起对微纳飞行器的研究热潮。     

扑翼飞行器柔性翅气动特性研究

为了研究扑翼飞行器柔性翅的气动特性,参照典型鸽子翅翼的参数特征,构建刚性翅与两类柔性翅模型.借助Workbench平台,采用流固耦合技术,对扑翅过程中的流场状态进行数值计算,得到了来流为11 m/s,攻角为8°条件下翅翼扑动中的升力、阻力变化特点.通过对不同翅翼升阻力特性进行对比,发现了扑翼柔性翅的波动时域特征,并进一...     

扑翼微型飞行器翼杆惯性载荷识别

针对扑翼微型飞行器的弹性翼杆,通过其变形特征来识别其受载行为,建立扑翼载荷识别方法。以裸翼杆的往复拍动为对象,首先基于机器视觉测量法,根据翼杆形貌提取翼杆变形挠度,其次使用幂级数重构分布载荷和Tikhonov正则化方法求解惯性载荷,最后通过批量处理,得到翼杆运动过程中的惯性载荷分布。实验表明,翼杆的平均最大分布载荷为30 N·m^-1,识别挠度的平均相对误差为3×10^-5,识别角位移曲线上所有幅值点的平均相对误差为14.8%,识别周期没有偏差,识别的载荷在不同周期内的分布一致。结果表明该方法具有良好的可靠性和实用性,有望用于对带膜扑翼的气动力测试。     

突风扰动下的扑翼气动功耗和效率变化

针对突风对扑翼飞行器气动性能的影响,开展了前向、侧向和竖直方向突风中扑翼的气动功耗和效率变化研究。首先基于简化的生物翅几何和运动模型,构建了不同方向、强度的突风模型。之后采用计算流体力学方法获得了突风方向及强度对扑翼气动力、功耗及效率的影响。最终结果表明,在所研究的突风强度范围内,前向突风引起的扑翼瞬时气动功耗增幅可达33%,但突风对扑翼平均气动功耗和效率的影响不大;从翼根到翼尖的侧向突风相比反方向的侧向突风所引起的气动功耗增加和气动效率降低更加明显;向下的突风尽管能够降低扑翼的气动功耗,但也同时降低了扑翼的气动效率。此外,突风对扑翼平均气动功耗的影响可以用与突风方向相同、大小等于突风平均速度的定常来流进行模拟,它们对扑翼平均气动功耗的影响是相近的。     

一种新型手腕驱动机构及其运动分析

以基于球形齿轮传动的柔性手腕为研究对象,提出了一种新型手腕驱动机构,并对此机构进行运动分析,建立了它的运动模型,推导出了运动方程的解。分析结果证明了该机构运动的确定性、传动的准确性。     

一般机构的解耦运动

运动解耦的机构容易控制 ,并且可以达到更高的运动精度。然而随着机构学不断发展 ,尤其是并联机构的出现 ,很多机构不具有运动解耦的性质。对于并联机构 ,可以得出结论 ,运动不解耦才是其本质特征。因此有必要研究一般机构实现的简单运动 ,并定义为解耦运动。解耦运动对机构的运动控制和轨迹规划都有一定意义。使用螺旋理论 ,给出了解耦运动的定义、分类 ,及机构存在解耦运动的必要条件和充分特例。最后通过一个二自由度转动机构的设计实例 ,综合了上述概念和方法。     

基于逐步后退法的车辆半侧液压主动悬挂最优控制设计与仿真

建立了充分考虑液压装置动力学特性的车辆半侧非线性主动悬挂模型,并提出了线性二次型最优控制与非线性逐步后退法相结合的内外环控制方案。首先根据目标需求在外环设计二次型指标下的最优控制器;然后在内环利用逐步后退法处理因液压装置引入的非线性项。仿真结果表明,使用该设计方案的主动悬挂可以获得比被动悬挂优越的车辆性能。     

新型舵机结构运动分析与仿真

根据旋转弹弹道修正要求,提出一种基于4R空间机构的电动舵机结构,建立了理论分析模型,以空间机构学运动分析为基础,推导了机构输入、输出转角关系,绘制了理论分析转角曲线,建立机构三维模型,通过多刚体及刚柔耦合仿真验证分析了舵机转角关系和运动副受力情况,研究了该结构的可行性。计算分析结果表明,该舵机具有结构简单,动作可靠的优点,能满足舵机控制的转角精度和响应频率要求,适用于简易制导弹药。     

直驱型电动舵机中永磁容错电机设计

为了提高直驱型电动舵机的可靠性和容错性、减小直驱型电动舵机的体积和重量,设计具有容错能力的电机.分析直驱型电动舵机中电机的容错性,设计了满足容错需求的三相24槽20极表面式永磁同步电机,对电机尺寸参数进行优化,建立该电机的有限元仿真模型,并对其开路和短路故障进行有限元仿真分析.有限元仿真结果表明,所设计的电机具有很强的...     

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究（Ⅱ）

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由（SiC＋Si）陶瓷、616装甲钢和高强PE材料构成的陶瓷基复合靶板,靶板防护面密度为118 kg/m2,尺寸为500 mm×500 mm×25 mm。利用现役12.7 mm穿甲燃烧弹考核靶板在6发弹打击下的防护能力,检验靶板设计思路。结果表明：靶板结构是可行的,可防住V25为818 m/s的现役12.7 mm穿甲燃烧弹。     

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究（Ⅰ）

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由Al2O3陶瓷、616装甲钢和高强PE材料构成的陶瓷基复合装甲板,并用现役127.mm穿甲燃烧弹进行靶试考核,检验靶板设计思路,结果表明：防护面密度为128 kg/m2的靶板可防住该弹。     

一种WindML双屏显示驱动程序设计方法

针对电子装备软硬件平台对双屏显示输出的基本要求,探索了在VxWorks系统下开发WindML双屏显示驱动程序的方法。分析了WindML图形系统驱动程序体系结构,通过在图形驱动和WindML图形接口之间增加一个双屏显示控制层的方法,由双屏显示控制层接收WindML图形接口指令,再传给图形显示驱动程序,实现双屏显示输出。该方法设计的双屏显示驱动,能够使两个分开的屏幕逻辑上合为一个大的屏幕,很好的解决了WindML双屏显示输出的问题。     

某自动补弹系统翻转机构的优化设计

根据自动补弹系统中翻转机构的功能和设计要求,设计了一种新型的翻转机构,使用ADAMS软件对其进行优化设计,得到相应的曲线和较为理想的结果参数。结果表明通过对翻转机构的优化设计,为自动补弹系统翻转机构的改进设计起到指导作用,该方法对自动补弹系统中其他机构的优化分析也具有一定参考价值。