基于微平台的自主起降仿生鸟弹跳机构设计

针对仿生扑翼鸟下肢的弹跳起飞和缓冲降落功能,开展了对其下肢弹跳机构的研究。以鸟类下肢骨骼的尺寸比例为参考,对鸟类起飞的下肢运动特性进行分析;在弹跳下蹲阶段,为了避免翅膀与地面发生干涉,采用基于微平台起降方式的方法对下肢弹跳机构进行了设计;为了提高下肢的仿生性,设计了类平行四边形下肢腿部机构,结合空间D-H表达法,建立了下肢机构的运动学方程;利用拉格朗日方程,建立了下肢机构的动力学方程;利用Adams软件进行装配体弹跳仿真分析,对其下肢腿部机构进行求解。结果表明,装配体质心水平初速度达到了仿生鸟“苍鹰”起飞所需的临界速度条件,可以实现弹跳起飞。

基于鸟翼轮廓的干式气体密封仿生型槽设计

为解决目前干式气体密封存在的开启力与气膜轴向刚度不足,易出现磨损与失稳等问题,本文尝试将仿生学理念引入干式气体密封技术中,通过分析典型飞鸟的羽翼轮廓差异对其飞行状态与能力的影响,定义轮廓外形几何特征参数,运用几何重构法在现有干式气体密封的典型型槽即螺旋槽的基础上构建仿生型槽,提出新型仿生型槽干式气体密封密封.基于气体润滑理论,在建立仿生型槽干式气体密封的几何模型和端面气膜压力控制方程的基础上,采用有限差分法对仿生型槽干式气体密封进行数值模拟研究,分析了仿生型槽的主要几何结构参数对密封性能的影响规律.结果表明:相较于典型螺旋槽干式气体密封,通过合理设置仿生型槽干式气体密封的端面型槽的几何结构参数值,其开启力、气膜刚度等密封性能参数在一定范围内有所提升;干式气体密封的仿生设计具有重要的实际意义.

仿生多叶翼型槽干式气体端面密封的性能研究

为有效解决干式气体端面密封(简称干气密封)在低速、低压等操作条件下端面开启困难、稳定性差以及在高速、高压等高操作参数工况下泄漏率较高的瓶颈问题,提高密封的可靠性及使用寿命,在现有干气密封型槽设计方法的基础上,根据鸟类仿生学原理,提出了仿生多叶翼型槽干气密封.基于气体润滑理论,建立了仿生多叶翼型槽干气密封及其几种衍生型式的端面几何结构模型和气膜压力控制非模型,采用有限差分法进行数值模拟,分析了仿生多叶翼型槽及其衍生型槽的特殊几何结构与几何参数对干气密封性能的影响规律.结果表明:相较于单向螺旋槽干气密封和普通单向仿生双叶翼型槽,仿生多叶翼型槽及其衍生型槽干气密封在端面开启能力及运行稳定性上都有明显提升,而且仿生多叶翼型槽的衍生型式干气密封其泄漏率保持不变甚至更低.文中提出了仿生多叶翼型槽干气密封的合适衍生型式,给出了相应型槽主要几何参数的优化取值范围.该研究进一步验证了干气密封仿生型槽的设计理念,为极端工况下干气密封的端面型槽设计提供了仿生学依据,拓宽了干气密封及其他润滑部件表面设计的研究思路.

仿生鸟羽结构针织面料开发与性能评价

为缩短国内滑雪服研发技术与国外品牌的差距,探讨仿生鸟羽结构对针织织物热湿性能的影响,以便更好地提升国内滑雪保暖裤的穿着舒适性。首先,通过融合仿生学和提花设计手法改变织针成圈方式,根据羽毛微观结构特征开发了8种不同组织结构的仿生针织运动面料;然后,在热阻、保温率、透湿率、透气率和经纬向芯吸高度等单一指标对比的基础上,建立灰色近优矩阵进一步综合评估面料热湿性能优劣;最后,基于男性下肢局部出汗、热分布特征提出各面料组织的应用建议。结果表明:凹槽Ⅰ类、仿羽片面料吸湿透湿性好,仿羽小枝、仿羽枝、凹槽Ⅱ类面料保暖性优异,空泡状Ⅰ类和空泡状Ⅱ类面料透气性突出。

具有鸟翼轮廓仿生槽的动静压气体轴承静态特性分析

基于仿生学原理和几何重构法,在动静压气体轴承上设计具有鸟翼轮廓仿生槽,以提高其承载能力及刚度。运用变分法求解雷诺方程并使用FLUENT软件,对鸟翼轮廓仿生槽动静压气体轴承进行静态特性仿真分析,研究轴颈转速、供气压力、偏心率、槽深以及槽偏角对轴承静态特性的影响。结果表明:在偏心率相同时,随着轴颈转速的增加,轴承承载能力和刚度随之增大,随着供气压力的增加,轴承承载能力逐渐增加、刚度逐渐减小;当气膜厚度一定时,随着槽深的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势,随着槽偏角的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势。

基于Pro/E的仿生机械鸟机构设计

仿生机械鸟在矿井救灾、抢险、有毒害环境下搜救及在日常生活方面有较好的应用。通过分析鸟类飞行原理,设计出一种模拟鸟类扑翼飞行姿态的机构,依仿生鸟的受力情况,确定其的驱动方式、关节传动方式。利用Pro/E对机构进行三维建模、运动仿真分析,通过对样机相关的试验,验证了机构的可行性和合理性。

鸟翼表面非光滑结构流动控制机理研究

本文拟通过对鸽子翅翼表面非光滑结构对仿生翅翼气动性能影响的研究,揭示了鸟类翅翼表面非光滑结构的流动控制机理,从而为飞行器的优化设计提供理论参考。首先结合逆向工程技术和3D扫描结果对活体鸽子进行翅翼的仿生重构,分别建立了光滑结构和非光滑结构的仿生翅翼模型。然后采用数值模拟方法对仿生鸽子翅翼模型进行空气动力学特性分析,研究了滑翔状态下飞行速度和飞行迎角对仿生翅翼气动性能的影响。在18m/s的飞行速度条件下,对不同飞行姿态时光滑仿生翅翼和非光滑仿生翅翼的气动性能及其流动结构进行了分析比较。研究结果表明:大迎角条件下,非光滑仿生翅翼具有较好的流动控制能力和气动性能,这也正是鸟类高效飞行的原因之一。

我国钢结构仿生建筑的应用与展望

在数亿年的进化过程中,自然界中的高等物种形成了近乎完美的体形结构,人类在自身发展历程中,由自发到自觉地将生物自身的合理结构形式应用于建筑工程方面,推动了建筑结构的多元化、生态化和系统化发展。首先阐明仿生建筑的相关基本概念和特点,接着结合建筑实例着重介绍仿生建筑在我国钢结构中的应用及美学价值,最后对仿生建筑的未来发展趋势进行了展望。

商周鸟形酒器设计的情理特征研究

目的以商周时期的仿生型酒器中具有形态与文化特殊性的"鸟"形象酒器为研究对象,研究其仿生构形之"理"与文化意蕴之"情"的设计特征,以探究先秦仿生造物情理相融的设计巧思以及其造物路径对现代设计的启示。方法在器物溯源的基础上,根据鸟形酒器的图片和数据信息,以设计学视角对酒器仿生造型中的器身构造、视觉符号等特征开展研究。主要分析器物中鸟形与酒器结构、功能的融合形式,以及鸟形态视觉特征与酒器审美文化内涵的关联两个层面的设计要素。结论总结商周鸟形酒器由情入理的设计路径,将其沿用在现代动物形酒器的设计语境中,提出"自然元素的升级""文化语境的融入""情理和谐统一的设计路径"三点转变因素,完善并构建现代动物形酒器情理相融的设计传承方法。

鸟类羽毛在气流中变形的力学特性研究

鸟类羽毛在飞行中的物理性质是仿生力学关心的重要问题之一.基于CFD/CSD数值模拟方法研究了羽毛微结构在气流作用下的变形和力学特征,揭示了鸟类静止时羽毛蓬松、而在飞行状态下紧贴皮肤表面保持表面光滑的物理机制.首先,通过对鸟类羽毛在显微镜下的观察,将羽毛分解成典型简单微结构以模仿羽枝单元,从而对羽毛外形和结构进行建模,之后,采用CFD/CSD方法分析比较了两种典型羽枝模型结构(片状和枝状羽枝单元)的变形和力学特征,最后,基于上述片状羽枝模型进一步研究了来流方向对羽枝变形的影响机理及多根排列羽枝的变形和力学特征.结果表明:在一定风向的范围内,羽毛在气流下都具有保持紧贴皮肤表面的变形趋势,这种紧贴壁面的趋势只有在气流与羽轴几乎垂直时才会改变;在来流侧滑角为45°时,羽枝沿皮肤表面法向下压的变形最为显著,尖端位移达原始高度的约97%;多根排列的羽枝在顺流方向气动载荷逐渐下降,与迎风首根羽枝最大差距约11%.此研究工作对于理解鸟类飞行时羽毛的力学特性有明确的学术价值.

仿生鸟侦查飞行器研究

在仿生机械学涉及甚广的飞行器领域中,设计一种可以模拟鸟类飞行的飞行器成为了该领域中的一大热点。为了更好地设计出该种仿生飞行器,结合仿生学原理中的扑翼机,并根据扑翼的工作方式,采用曲柄摇杆机构实现了扑翼飞行,设计出了一款多扑翼仿生鸟。研究了柔性膜扑翼与刚性扑翼对推力的影响,结果显示:柔性膜扑翼对于推力有较大的增加;通过SolidWorks对其进行了三维运动仿真,结果显示:多扑翼仿生鸟在结构上并没有出现干涉,设计思路可行。多扑翼仿生鸟的出现对于解决飞行器多场合、多功能使用的难题具有重大意义。

禽类仿生造型在传统陶瓷中的应运

随着新石器时代陶器的出现,人类的审美功能得到开发,在传统造型的设计中注重人与自然的和谐,通过模仿自然界中的各种物体来认识世界。因此,“制器尚象”、“观物取象”之类的思维方式通过成型逐渐体现,而禽类形态则成为众多造物者经常拟仿的对象。为此本文以仿生造型为切入点,结合禽类仿生造型在传统陶瓷中的运用,通过两者形象进行对比分析,总结禽类仿生造型对传统陶瓷造型的影响。

防鸟光缆的测试方法探讨

本文通过文献资料了解到啄木鸟啄取冲击的特点以及相关参数,设计仿啄木鸟鸟喙的工装,采用仿生工装对4个型号光缆的抗鸟啄冲击性能进行试验验证,探索光缆抗鸟啄性能的测试方法。