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。     

高超声速伸缩翼变形飞行器轨迹多目标优化

针对高超声速条件下变形技术的应用模式，对具有伸缩翼的组合式飞行器滑翔弹道进行了多目标优化研究。介绍了伸缩翼的变形模式，给出了不同变形状态下的气动特性；建立了三自由度滑翔轨迹动力学模型和伸缩翼前缘热流计算模型；采用MOEA/D多目标优化算法，以变形条件和飞行攻角为设计变量、以最大射程和最小翼前缘总吸热量为目标函数，进行了多目标优化计算。优化结果表明，MOEA/D计算得到了相对均匀分布的Pareto最优解集，将伸缩翼外形与无变形外形相比，飞行器滑翔段射程得到了显著提高，同时伸缩翼前缘总吸热量有明显的降低。     

全球最快的直升机 欧洲直升机公司X3型混合翼直升机

2013年6月7日,欧洲直升机公司X3型混合翼直升机进行飞行测试,航速达到472千米／小时,使世人再次关注该型机研发动向。     

基于非线性模型预测的翼伞系统控制研究

翼伞系统在飞行过程中,受外界不确定因素的影响呈现出非线性特性和耦合性．应用非线性模型预测控制理论对翼伞系统飞行控制进行了研究,提出基于非线性模型预测控制的翼伞系统控制律设计方法,并推导出控制律解析式．仿真研究表明,合理地选择泰勒展开级数和预测周期,通过泰勒级数展开并截尾后的翼伞非线性控制系统可以表现出良好的控制性能．     

翼栅绕流流场数值模拟及动力性能研究

基于2D不可压缩定常流动的控制方程,对5个NACA4412非对称翼型组成的平面直列翼栅绕流流场进行了数值模拟,对比分析了同一翼型在翼栅中工作和单独绕流时的升、阻力情况,验证了翼栅装置工作的可行性,反映了翼栅绕流的客观规律性。结果表明:翼栅翼型头部流速和压力急剧变化,尾部出现流涡尾迹,前部是负压区,后部是正压区,内部流速大,压力小;在1/3弦长附近翼栅翼型表面压力出现拐点,拐点之前翼型上下表面压力差较大,拐点之后翼型上下表面压力差较小;翼栅内部流场具有相似、相近性,外部流场差异性较大;翼型的压力差是产生升力的主要原因。     

前缘和转轴影响翼摇滚特性的数值模拟

采用耦合求解N-S方程和Euler刚体动力学方程的数值模拟方法研究80°后掠三角翼摇滚特性,讨论机翼前缘构型和滚转轴位置对三角翼摇滚特性的影响。N-S方程的离散采用Roe格式和含双时间步的LU-SGS方法,刚体动力学方程的离散采用二阶精度的差分方法,通过交替求解流动和运动控制方程组的耦合策略,模拟80°后掠三角翼自激摇滚的非定常过程。针对转轴安装于上表面的细长三角翼,研究前缘上削尖、下削尖和双面削尖三种构型的翼摇滚特性,分析前缘构型对摇滚振幅及分岔攻角的影响。考虑到上削尖和下削尖构型在翻转后相当于前缘构型互换但转轴位置不同,进一步考察了滚转轴位置对三角翼摇滚特性的影响。结果表明:在一定的攻角下,三种不同前缘构型的三角翼均能形成大幅自维持的摇滚现象,其中上削尖前缘的三角翼振幅最大,双面削尖前缘次之,下削尖前缘三角翼振幅最小;攻角增大到30°以后,双面削尖和上削尖前缘的三角翼会发生翻转现象,翻转180°以后维持等幅振荡。     

连线朱迅

本期《名人连线》我们请到的是中央电视台著名主持人朱迅。1988年朱迅在电影《摇滚青年》饰"小小"一角,此时还在上高中的她已经小有名气。高中没毕业,朱迅赴日留学,并在日本主持界闯下了一片天地,就在她事业如日中天的时候,她却选择了回国。如今朱迅已成为央视名嘴之一,主持《吉尼斯中国之夜》《我爱满堂彩》     

翼伞精确空投系统归航轨迹规划与控制

翼伞归航轨迹规划与控制问题是翼伞系统在一定初始状态下,利用自身可操作性,完成从初始位置到目标位置的转移问题。针对翼伞空投系统不同归航要求,规划出满足精度要求为圆径概率误差（ CEP ）小于40m的归航轨迹并经过一定量的控制完成翼伞空投系统精确空投任务。首先建立翼伞系统状态空间六自由度模型,并在此基础上提出系统简化稳态模型,通过最优控制方法,规划出满足空投要求的最优归航轨迹后对翼伞进行不断控制直至目标点。最后通过Matlab仿真试验,绘出翼伞系统归航轨迹图与控制变化图。     

基于最优控制的翼伞路径规划

提出了一种基于最优控制的翼伞路径规划方法。该方法以提高落点精度和减少操纵量为目标,将翼伞的轨迹优化问题转变为参数优化问题,并运用改进的粒子群优化算法进行了有效的求解,得到了基于最优控制的翼伞路径规划的近似最优解。为了验证该方法的可行性,在仿真环境中同时使用了传统分段控制方法和最优控制方法。归航的计算机仿真结果表明,基于最优控制的翼伞路径规划方法提高了落点的位置精度和方向精度,同时减少了操纵量。     

甲虫后翅及其FWMAV可折叠翼仿生研究

对将甲虫后翅的研究应用于FWMAV仿生可折叠翼研制的前沿交叉领域进行了综合评述,并对其未来研究进行了展望。首先分析了甲虫后翅结构及其材料力学性能;其次讨论了后翅结构对其静力学和动力学性能的影响;然后概括了基于甲虫后翅建立的仿生翼及其力学特性研究现状;最后对仿生可折叠翼力学性能的研究做出了总结并对其重点研究方向给出建议。综述表明:甲虫后翅的不同单元具有各异的力学性能,其不同结构可影响静力学和动力学特性;依据后翅制造的可折叠柔性翼具有明显的尺寸优势,既有助于双翼产生高升力,又可抵抗部分耦合冲击以提高飞行稳定性。未来以甲虫后翅为仿生原型研制适用于FWMAV的可折叠柔性翼,应着眼于柔性翼骨架结构和机翼翼膜材料属性的各向异性,以期制造出可折叠、易扭转、高弹性的微飞行器机翼。