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基于软体驱动的蝠鲼扑翼运动数值模拟分析 被引量:2
1
作者 吴子岳 张晗 张喆 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2022年第3期164-171,共8页
介绍一种以蝠鲼为原型,采用软体驱动的水下扑翼结构机器鱼,在该机器鱼上布置多个驱动单元,实现灵活的仿生运动。对软体驱动器不同结构参数进行仿真对比,得出最优结构并获得运动学模型;结合动网格技术,在仿真环境下获得翼型在二维平面内... 介绍一种以蝠鲼为原型,采用软体驱动的水下扑翼结构机器鱼,在该机器鱼上布置多个驱动单元,实现灵活的仿生运动。对软体驱动器不同结构参数进行仿真对比,得出最优结构并获得运动学模型;结合动网格技术,在仿真环境下获得翼型在二维平面内大变形运动的升力特性,并分析不同驱动器在驱动频率影响下的运动特性。仿真计算结果表明:采用半圆形截面、径厚比为0.8~1.4的驱动器结构可在较低的气压下产生大范围的弯曲运动,且具有较小的径向膨胀变形,基本上不影响运动结构的水动力特性;通过调整不同位置驱动器的充气间隔频率,可使胸鳍前后缘结构具有不同的偏转角度,从而获得较好的升力特性,对应0.5 Hz下的胸鳍结构在不同工况下具有较好的升力表现;调整驱动频率对应扑翼运动频率,使胸鳍产生周期性的推力变化,伴随驱动频率提高,幅值变化增大。 展开更多
关键词 机器鱼 驱动结构 扑翼运动 数值模拟
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迎角对扑翼运动气动性能影响的高性能数值研究
2
作者 祝衔琦 孙祥程 王娴 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期50-60,共11页
为了设计更高效、高机动性的扑翼飞行器,需要对扑翼运动机理进行细致的动力学研究。其中,迎角是影响扑翼运动气动性能的关键因素。本文结合格子Boltzmann法与Level-Set动边界识别法,建立了含有动边界的流场模拟方法,并采用GPU加速,数值... 为了设计更高效、高机动性的扑翼飞行器,需要对扑翼运动机理进行细致的动力学研究。其中,迎角是影响扑翼运动气动性能的关键因素。本文结合格子Boltzmann法与Level-Set动边界识别法,建立了含有动边界的流场模拟方法,并采用GPU加速,数值研究了迎角对扑翼运动气动性能的影响。结果表明:增大迎角,扑翼运动的升阻比呈现先增大后减小的趋势,当迎角θ=10°时,能够获得最佳气动性能。θ=0°~40°范围内,随着迎角的增大,扑翼翼尖处的上下翼面压差比翼根、翼中处大,在翼尖处提供了更大的升力。随着迎角的增大,扑翼的前缘涡附着于翼面的面积明显增大,扑翼后方脱落的涡旋也较难耗散,提高了扑翼的升力;同时,翼尖涡的强度和影响范围变大,增加了扑翼的阻力。 展开更多
关键词 扑翼运动 迎角 格子Boltzmann方法 LEVEL-SET GPU加速 尖涡 前缘涡
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翼型扑翼运动流场的数值模拟
3
作者 张家齐 顾宁 《江苏航空》 2010年第S2期65-67,共3页
基于非定常N-S方程,利用动网格方法和预处理方法对翼型在低速度下扑翼运动进行数值模拟。采用Jameson中心格式的有限体积法、双时间推进法求解非定常N-S方程;紊流模型采用基于SA紊流模型的DES模型。本文计算模拟翼型在低雷诺数下扑翼运... 基于非定常N-S方程,利用动网格方法和预处理方法对翼型在低速度下扑翼运动进行数值模拟。采用Jameson中心格式的有限体积法、双时间推进法求解非定常N-S方程;紊流模型采用基于SA紊流模型的DES模型。本文计算模拟翼型在低雷诺数下扑翼运动过程,计算所得推力系数结果与实验参考结果吻合较好,对扑翼飞行器设计有一定参考价值。 展开更多
关键词 非定常流动 扑翼运动 预处理方法 N-S方程
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一种仿蜜蜂类昆虫扑翼悬停控制的仿真估算研究 被引量:1
4
作者 张西金 方宗德 杨小辉 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1561-1567,共7页
基于准稳态气动力模型,推导了仿蜜蜂类昆虫扑翼气动力和力矩估算公式,建立了扑翼运动函数.将仿蜜蜂类昆虫扑翼视为空间运动刚体,在其动力学方程基础上,采用分层控制策略研究悬停控制问题.外层为位置控制,X和Y位置应用PD控制算法,Z位置... 基于准稳态气动力模型,推导了仿蜜蜂类昆虫扑翼气动力和力矩估算公式,建立了扑翼运动函数.将仿蜜蜂类昆虫扑翼视为空间运动刚体,在其动力学方程基础上,采用分层控制策略研究悬停控制问题.外层为位置控制,X和Y位置应用PD控制算法,Z位置应用切换控制方法;内层姿态控制采用切换控制方法,并选择了一套机翼运动参数用于切换控制.最后进行了仿蜜蜂类昆虫扑翼悬停控制仿真试验,试验结果表明所设计的控制策略是有效的,一旦昆虫扑翼受到干扰偏离平衡位置后,通过自动调节能够回到平衡位置附近. 展开更多
关键词 飞行器 悬停控制 切换控制 扑翼运动参数 仿真
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电致伸缩器在仿生扑翼飞行器中的应用 被引量:2
5
作者 金晓怡 颜景平 范厚进 《机械制造与自动化》 2007年第1期39-41,共3页
介绍了一种电致伸缩器的新颖构思;简述了电致伸缩器的工作原理。该电致伸缩器结构简单、制造方便,若材料选择适宜,将能获得较好的驱动力和较大的直线位移且质量较小,是一种具有较高应用价值的直线驱动器,尤其适用于生物器件的驱动,如仿... 介绍了一种电致伸缩器的新颖构思;简述了电致伸缩器的工作原理。该电致伸缩器结构简单、制造方便,若材料选择适宜,将能获得较好的驱动力和较大的直线位移且质量较小,是一种具有较高应用价值的直线驱动器,尤其适用于生物器件的驱动,如仿生扑翼飞行器中扑翼运动的驱动。将电致伸缩器应用于仿生扑翼飞行器,通过控制电致伸缩器的“缩”和“伸”,能实现翼在一定角度范围内的上下拍动。这种驱动方式,能减小驱动器的启动功率和整个系统的冲击载荷;当驱动两翼的电致伸缩器所施加的电压不同时可使两翼拍动幅值不同,从而实现不同的飞行动作,具有较高的灵活性。 展开更多
关键词 电致伸缩器 工作原理 驱动扑翼运动
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一种微型仿昆扑翼飞行器扑翼操控机制 被引量:4
6
作者 夏风 张剑波 张蓬蓬 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2010年第1期16-19,共4页
提出了一种扑翼操控机制,用于解决微型仿昆扑翼飞行器悬停飞行的飞行动力问题。通过对扑翼运动参数对气动力及空气动力矩的作用进行理论和仿真分析,设计了一种采用可变幅值的周期函数调节扑翼运动的扑打角和旋转角变化的方法,实现对气... 提出了一种扑翼操控机制,用于解决微型仿昆扑翼飞行器悬停飞行的飞行动力问题。通过对扑翼运动参数对气动力及空气动力矩的作用进行理论和仿真分析,设计了一种采用可变幅值的周期函数调节扑翼运动的扑打角和旋转角变化的方法,实现对气动力和气动力矩进行独立控制的操控机制。仿真结果验证了此操控机制可以较好地解决仅一对翼的仿昆扑翼飞行器飞行动力问题。 展开更多
关键词 仿昆飞行器 扑翼运动参数 操控机制 飞行动力
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水陆两栖仿生海龟机器人设计与分析
7
作者 丁钰骐 耿兴华 +3 位作者 周思衡 王野舟 石孟 施凯祥 《机械工程师》 2024年第4期121-127,共7页
针对传统机器人在水陆工作环境下运动模式转换的适应性问题,以海龟的水陆行进方式为出发点,分析了水下扑翼动作、水下转向和沉浮动作以及上岸后水翼折叠动作的实现方式,提出了一种采用扑翼传动机构、可变形自锁水翼机构、后腿机构和重... 针对传统机器人在水陆工作环境下运动模式转换的适应性问题,以海龟的水陆行进方式为出发点,分析了水下扑翼动作、水下转向和沉浮动作以及上岸后水翼折叠动作的实现方式,提出了一种采用扑翼传动机构、可变形自锁水翼机构、后腿机构和重心调节机构来实现水陆行进的水陆两栖仿生海龟机器人设计方案。建立了扑翼传动机构运动模型和仿生机器人整体重心仿真模型,分析了仿生扑翼运动特性并计算了固定配重安装位置。对仿生水翼进行力学分析,表明机器人能够实现可靠的水下扑翼运动。对仿生机器人关键零部件进行了流固耦合力学仿真分析和方案优化。试制了仿生机器人样机并进行了试验测试,实现了仿生机器人的基本功能。 展开更多
关键词 仿生海龟 扑翼运动 运动学分析 有限元分析
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微型飞行器飞行仿真软件开发 被引量:3
8
作者 侯宇 方宗德 刘岚 《计算机仿真》 CSCD 2004年第9期34-36,共3页
该文简要介绍了微型飞行器飞行仿真软件的总体结构和模块划分。首先建立了飞行器的三维结构模型 ,根据飞行器的扑翼运动规律进行了运动仿真。采用随机分形技术生成的具有真实感的地形为仿真飞行提供了一个虚拟环境。在此基础之上讨论了... 该文简要介绍了微型飞行器飞行仿真软件的总体结构和模块划分。首先建立了飞行器的三维结构模型 ,根据飞行器的扑翼运动规律进行了运动仿真。采用随机分形技术生成的具有真实感的地形为仿真飞行提供了一个虚拟环境。在此基础之上讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。仿真软件中的三维图形实时显示采用VisualC ++和OpenGL来共同完成。 展开更多
关键词 微型飞行器 飞行仿真 可视化技术 分形地形 扑翼运动规律 随机分形技术
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考虑弹性转轴的扑翼三维气动数值计算 被引量:3
9
作者 张云飞 叶正寅 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期880-889,共10页
通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程,研究了同时具有扑动和俯仰运动的三维扑翼气动特性.为了模拟扑翼的弹性特性,在扑翼俯仰轴处设计了扭簧.研究了扑翼平面形状、俯仰弹性轴与质心的相对位置、俯仰刚度变化等参数的影响.结果表明:俯仰... 通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程,研究了同时具有扑动和俯仰运动的三维扑翼气动特性.为了模拟扑翼的弹性特性,在扑翼俯仰轴处设计了扭簧.研究了扑翼平面形状、俯仰弹性轴与质心的相对位置、俯仰刚度变化等参数的影响.结果表明:俯仰角相对扑动角有一个大的相位超前量,且刚度系数越大该超前量越大;考虑了俯仰弹性特征后,计算得到的平均阻力系数减小了60%左右,且升力系数幅值和绕翼根力矩系数的幅值明显减小,而这是判断微型飞行器能否平稳飞行的关键参数.所以,在设计扑翼飞行器时应当考虑其扑翼的俯仰弹性特性,适当设计扑翼的俯仰刚度和俯仰轴的位置对扑翼的空气动力性能至关重要. 展开更多
关键词 微型飞行器 俯仰弹性 数值模拟 扑翼运动模型
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对拍式四翼扑翼机气动性能仿真研究 被引量:1
10
作者 杨永刚 陆冠廷 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2019年第4期25-28,35,共5页
针对普通两翼扑翼机承载能力弱、升力不稳定的缺点,提出一种结合昆虫和鸟类飞行方式的简易对拍式四翼运动模型。使用Xflow对四翼扑翼机和两翼扑翼机运动模型进行数值仿真,对比两种扑翼机在不同来流速度下的气动系数。仿真结果表明:在低... 针对普通两翼扑翼机承载能力弱、升力不稳定的缺点,提出一种结合昆虫和鸟类飞行方式的简易对拍式四翼运动模型。使用Xflow对四翼扑翼机和两翼扑翼机运动模型进行数值仿真,对比两种扑翼机在不同来流速度下的气动系数。仿真结果表明:在低风速下,对拍式四翼扑翼机比两翼扑翼机的平均升力系数大,在飞行时能够得到更大的升力,且更加稳定;证明了在一定尺寸下对拍式四翼扑翼机具有更优越的气动性能和载重能力。 展开更多
关键词 扑翼运动模型 平均推力系数 气动性能
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Investigation of electrostriction appliance and its applicationfor bionics flapping aircraft 被引量:6
11
作者 金晓怡 颜景平 +1 位作者 夏雨阳 李德选 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2006年第1期82-87,共6页
A novel design for an electrostriction appliance derived from the theory and application of electromagnetics is presented. The working principle, that is the application of gravitation and elasticity together to reali... A novel design for an electrostriction appliance derived from the theory and application of electromagnetics is presented. The working principle, that is the application of gravitation and elasticity together to realize the "shrinking" and "extending" effect from the distortion and transforming power into mechanical energy, is briefly explained. The characteristic parameter relationships are established and the experimental research is performed. Experimental results show that this sort of electrostriction appliance can perform well as regards driving force and beeline displacement, and furthermore, its self-weight is smaller. This makes it suitable for beeline drivers with a high application value, especially for the driver of the bionic appliance. In the application of the electrostriction appliance to a bionics-flapping aircraft, the wings can work with a flapping angle in the range of a certain value by controlling the "shrinking" and "extending" of the electrostriction appliance. It can reduce the startup power and the impact load of the driver. The flapping extent of the wings will change when the voltage which is put into the electrostriction appliance varies. This makes it more flexible as the bionics-flapping aircraft realizes different actions of flying. 展开更多
关键词 electrostriction appliance working principle bionics-flapping aircraft flapping-wing movement
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仿蝠鲼机器鱼软体胸鳍建模与仿真 被引量:4
12
作者 陈令坤 乔涛 +2 位作者 毕树生 任行伟 蔡月日 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第19期182-190,共9页
介绍一种仿蝠鲼机器鱼上使用的软体胸鳍推进器,具有三维立体翼型并集成多个软体致动单元,具备更高形态及运动仿生度。分析提取了生物原型翼缘曲线并建立扑翼运动学模型,解耦描述胸鳍俯仰-摆转复合运动模式;对比了不同致动器数量的软体... 介绍一种仿蝠鲼机器鱼上使用的软体胸鳍推进器,具有三维立体翼型并集成多个软体致动单元,具备更高形态及运动仿生度。分析提取了生物原型翼缘曲线并建立扑翼运动学模型,解耦描述胸鳍俯仰-摆转复合运动模式;对比了不同致动器数量的软体胸鳍运动特性与控制策略,并通过样机静态加载试验验证了有限元模型可靠性;基于格子-玻尔兹曼方法实现复杂曲面动态边界的流固耦合,在仿真环境中分析了单/多自由度软体胸鳍在不同工况下的扑翼推升力特性;数据对比表明多自由度胸鳍平均推力为单自由度的7.2倍,性能优势显著,为进一步水动力试验研究与机器鱼平台整合提供了数据预测与方向指导。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 软体胸鳍推进器 扑翼运动学建模 流固耦合
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Stream Surface Theory of Bird-like Flapping Flight
13
作者 WANG Huishe ZHU Junqiang 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期417-426,共10页
Through analyzing the motion characteristics of bird-like flapping flight, it is considered that the wing angular acceleration is equal to zero at the point of maximum angular speed. Thus, the flapping flight is equiv... Through analyzing the motion characteristics of bird-like flapping flight, it is considered that the wing angular acceleration is equal to zero at the point of maximum angular speed. Thus, the flapping flight is equivalent to a uniform rotating motion which can be analyzed by using the stream surface theory of turbomachinery during a micro period of time. In this article, the N-S equations of the motion are expanded in a non-orthogonal curvilinear coordinate system, and simplified on stream surfaces of the flapping flight model. By using stream function me- thod, the three-dimensional unsteady flow equations are simplified as a two-order partial differential equation with variable coefficients eventually and the equation's iterative solving method on S1 and $2 stream surfaces of the flapping flight model is presented. Through expanding the relatively steady equations of flapping flight at an arbitrary time point of a stroke on meridional plane of the flapping flight model, it can use a relatively steady mo- tion to approximate the real flapping flight at that time point, and analyze the flow stability influenced by the wing's flexibility. It can be seen that the wing flexibility is related to the higher pressurization capacity and the flow stability, and the pressurization capacity of flexible wing is proportional to the angular speed, angular distor- tion rate and radius square. 展开更多
关键词 flapping flight TURBOMACHINERY stream surface non-orthogonal curvilinear coordinate system wing flexibility
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