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/s^(2),可以较好地自动保持姿态稳定。

仿生扑翼结构优化设计及动力学仿真分析

针对目前飞行器结构复杂、效率低下及动作单一等问题,设计一种新型仿生扑翼飞行机构,仅通过单驱动装置即可实现机构扑翼的扑动、折叠、扭转等运动。依据生物尺度率设计扑翼机构的结构尺寸并对机构参数进行优化;通过SolidWorks构建仿生三维模型并基于ANSYS Workbench对扑翼机构进行有限元分析,得到扑翼齿轮组、曲柄、主翼杆等主要部件的总形变、应力、等效应变及主、副翼动力学运动参数,为仿生样机研制提供理论支持。

基于PID算法的仿生扑翼飞行器自主飞行系统设计

【目的】改进仿生扑翼飞行器的飞行控制能力,提高其飞行稳定性和精度。【方法】通过分析PID算法的原理及其在飞行器控制中的应用优势,对仿生扑翼飞行器自主飞行系统架构进行优化,涵盖感知模块、控制模块及执行模块。剖析非线性系统控制、外界干扰应对和能源效率与续航等关键技术,分别提出采用非线性PID控制、干扰观测与补偿、优化控制策略等解决方案,并进行实验,对飞行器的控制精度、稳定性、抗干扰能力和能源效率等进行评估与分析。【结果】仿生扑翼飞行器在控制精度、稳定性和抗干扰能力等方面均有显著提升,能源效率也得到了优化。【结论】通过对关键技术的研究和解决方案的应用,有效改进了仿生扑翼飞行器的飞行性能。

仿生扑翼飞行机器人翅型的研制与实验研究

模仿昆虫和小鸟飞行的扑翼飞行机器人将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统,与固定翼和旋翼完全不同,因此研究只能从生物仿生开始。生物飞行的极端复杂性使得进行完整和精确的扑翼飞行分析非常复杂,因此本文在仿生学进展基础上,通过一些合适的假设和简化,建立了仿生翅运动学和空气动力学模型,并以此为基础研制了多种翅型。研制了气动力测量实验平台,对各种翅型进行了实验研究。实验结果表明,研制的翅型都能产生一定的升力,其中柔性翅具有较好的运动性能和气动性能,并且拍动频率和拍动幅度对升力有较大影响。

仿生扑翼飞行机器人柔性翅试验研究及其理论解释

以柔性翅为研究对象,在自行研制的气动力测量试验平台上进行升力试验研究,旨在为柔性翅的理论研究提供依据。试验结果表明,柔性翅能产生较之刚性翅更大的升力,说明柔性翅将更适合仿生飞行。针对翅变形对昆虫飞行高升力有贡献的试验结果,给出了一种基于柔性楔形效应的升力机制的理论解释。

仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究现状及展望

随着仿生扑翼飞行器的微型化,当扑翼飞行器达到昆虫量级的时候,任何复杂的运动系统都将面临难以实现的问题,翅翼的驱动方式也将面临新的挑战。本文从仿生飞行的历史与现状出发,论述了国内、外各类仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究状况。基于将昆翅视为柔性翅的观点,提出了仿生扑翼飞行器未来的研究前景:翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的发展趋势之一。

仿生扑翼UUV推进机构设计及运动仿真

针对仿生扑翼UUV所使用的推进机构进行设计研究,在对海龟前肢运动模式分析的基础上,设计了一套二自由度仿生扑翼推进机构,该机构由两个电机分别驱动扑翼模型上下拍水及绕翼轴自身翻转,两个电机转动相互结合可以近似实现海龟前肢扑翼运动模式。对所设计推进机构进行三维建模及虚拟装配,并对其进行了运动仿真,给出了两种驱动模式下扑翼运动过程的姿态及相应的角速度和角加速度。

微型仿生扑翼飞行器的尺度效应分析

微型仿生扑翼飞行器是一种新概念的微型飞行器。但它不是对传统飞行器的简单几何缩小,当其特征尺度缩小到一定尺度时,系统内各种因素的相对影响将产生质的变化。针对微型仿生扑翼飞行器的机械扑翼系统,包括微驱动器、仿生翅、运动系统和动力源等,本文进行了尺度效应分析。分析结果表明,当尺寸减小时,仿生飞行更容易实现:通过共振能实现高频运动,微静电、电磁和压电驱动器都能满足扑翼系统功率需求。这为设计和研制微型仿生扑翼飞行器提供了理论依据。

多段式仿生扑翼飞行器动力学建模与气动特性分析

为了实现鸟类飞行过程中翅膀的折弯效果,以平面四杆机构为基础,设计一套能实现主动折弯并具有急回特性的扑动-折弯运动模型。采用ADAMS对其进行动力学仿真分析,结果显示该模型具有优良的动力学性能;采用ADAMS与XFlow联合仿真方法对其进行气动特性分析,结果显示该模型具有优良的气动特性;同时,得到翅膀的扑动速度对扑翼的气动特性起着至关重要作用的结论。

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。

仿生扑翼飞行机器人研究中若干问题的思考

在成功研制仿生扑翼飞行机器人样机的基础上,提出仿生扑翼飞行机器人研究中值得思考的若干问题。有关低雷诺数问题,提出以动量定理为基础分析昆虫翅膀产生高飞行升力方法具有合理性的观点;有关非定常微分方程问题,提出非定常微分方程并非解决一切问题之关键的观点;有关翅变形问题,提出采用柔性翅的模型翅膀进行研究的观点。

仿生扑翼飞行器风洞实验研究进展

仿生扑翼飞行器的设计灵感来源于自然界中的鸟类、昆虫和蝙蝠的飞行模式,通过机翼的主动运动来产生飞行所需要的升力和推力.仿生扑翼飞行器具有隐蔽性好、机动性强等优点,成为近年来国内外飞行器研究的重点.但是仿生扑翼飞行器研究涉及到低雷诺数、非定常空气动力学等问题,与常规固定翼飞行器有很大的不同.仿生扑翼飞行器的研究方法一般分三种:气动计算、风洞实验和外场试飞.气动计算方面,非定常气动设计优化理论与方法目前仍存在不足;外场试飞的方法无法精确测量出飞行器复杂的气动力,难以对飞行器进行定量分析研究;风洞实验由于可以模拟飞行时的真实情况,获得的数据较为真实可靠,且可以定量分析研究,成为目前研究仿生扑翼飞行器非常有效的方法.国内外研究人员利用风洞进行了大量针对仿生扑翼飞行器的实验研究.在介绍了风洞组成和分类的基础上,详细阐述了仿鸟和仿昆虫扑翼飞行器风洞实验的研究现状,最后对仿生扑翼飞行器风洞实验未来可能的研究方向给出了建议.

仿生扑翼飞行器设计新进展

仿生扑翼飞行器是一种新型飞行器,其体积小、重量轻、隐蔽性好等特点在军事领域和民用领域受到广泛关注。文章综述了仿生扑翼飞行器的结构分类和升力产生机理,总结国内外研究的理论成果,并介绍现阶段研究所面临的困难,阐述仿生扑翼飞行器的发展前景。

仿生扑翼模态分析研究与优化设计

微型扑翼飞行器是微型飞行器和扑翼飞行器的结合,是飞行器设计领域的研究热点,但在低雷诺数下存在升力不足的现象。已有研究表明,扑翼的弯扭耦合对于提高升力有效,弯扭耦合可通过共振激励放大驱动机理来实现,但该机理对扑翼的模态提出要求。本文首先建立仿生扑翼有限元模型,对其进行模态分析,并提出1种适用于扑翼的模态种类判别方法。为满足模态要求,提出了2种改进方案,并进行了有限元仿真验证。结合两种改进方案,提出双斜梁-主梁变截面扑翼模型。基于PCL语言对该模型进行参数化建模,采用遗传算法对其进行尺寸优化,得到满足模态要求的相对理想的仿生扑翼,为仿生扑翼的设计和优化提供重要的科学依据和工程应用价值。

两段式仿生扑翼机构设计及仿真分析

为模仿海鸥飞行,设计一种两段式仿生扑翼机构。建立单曲柄双摇杆扑动机构的简化模型,分析满足两侧摇杆偏差角最小时各杆长的经验公式。利用SolidWorks和ADAMS软件建立扑翼飞行器的动力学模型,分析内外翼的运动参数和飞行器整体的位姿变化。结果表明:在相同杆长条件下,曲柄中存在夹角的机构在减少左右摇杆相位差角方面更具优势;两段式仿生扑翼机构可实现翅翼慢频率扑动和展向折弯。仿真结果验证了机构设计的合理性,为扑翼飞行器后续的研究提供参考。

仿生扑翼飞行器:空气动力、扑动与智能控制的完美结合——访长江学者特聘教授、飞行器设计专家宋笔锋

您从2001年就带领团队开展仿生扑翼飞行器研究,请谈谈仿生扑翼飞行器研究的难点是什么?仿生扑翼飞行器可像自然界中的鸟一样飞行,飞行效率高,其悬停盘旋能力、抗风能力、机动仿生扑翼飞行器:空气动力、扑动与智能控制的完美结合——访长江学者特聘教授、飞行器设计专家宋笔锋Flapping Flight Vehicle:Ideal Combination of Aerodynamic,Flapping and Intelligent Control性与被察觉性也均优于多旋翼和常规固定翼,是目前飞行器发展的一种颠覆性技术和热点方向,具有广泛的应用前景。

多自由度仿生扑翼飞行机器人结构设计与分析

旨在设计一种能够飞行的大型仿生扑翼飞行机器人,以海鸥作为设计原型进行飞行方式和运动规律分析,建立结构设计和数学模型,实现多自由度仿生扑翼飞行。对设计结构进行运动学分析,使仿生飞行结构更加合理且符合基本气动性能。通过建立三维模型,将其运动学仿真结果与理论结果进行对照分析,证明了理论分析的正确性和设计结构的合理性。

基于连杆齿轮机构的仿生扑翼飞行器设计

仿生扑翼飞行器是一种根据仿生学知识进行设计的飞行器,其体积小、重量轻、运动方式灵活多变、隐蔽性好,在军事领域和民用领域具有广泛的潜在应用。基于四连杆机构中的曲柄摇杆机构进行扑翼飞行器扑翼机构的设计,并计算其自由度;基于齿轮系机构进行扑翼飞行器传动机构的设计并计算其自由度;然后将扑翼机构与传动机构结合,使得一个电机即可驱动两侧扑翼上下扇动,实现扑翼功能,所设计的仿生扑翼飞行器结构简单、易于实现。

一种攻角可调的双段翼仿生扑翼飞行器设计

基于机械设计技术与仿生学原理及空气动力学原理设计出一种可调节攻角的仿生双段翼扑翼飞行器。以无刷直流电机作为原动机,经过三级直齿轮减速器减速后,带动曲柄摇杆机构实现扑动动作,通过翅骨架上的舵机并配合各种传感器可在飞行过程中实时调节攻角。该仿生扑翼飞行器可以集起飞、加速、滑翔降落等飞行方式于一体,飞行方式灵活,仿真度高,隐蔽性好,续航时间长,在军事和民用等领域有着广阔的应用前景。

基于昆虫仿生扑翼飞行器机构的研究

本文通过对昆虫仿生扑翼飞行器机理的研究,通过对昆虫中蜻蜓的研究,总结了昆虫的结构特性,并对昆虫结构的气动特性进行了探索,最后进行了总结和分析。