基于曲柄滑块机构的X翼扑翼机构研究与测试

设计了一款机翼对称拍打的X翼扑翼机构。采用曲柄滑块机构,将曲柄的圆周运动转化为直轴的直线往复运动,直轴再通过摇杆带动两侧机翼,从而实现机翼的对称拍打。制作了一台扑翼机构的样机,运用光学运动捕捉系统和风洞对该扑翼机构进行了运动测试,从扑翼机构的拍打角度幅值、拍打频率、产生的升力以及电机的运行状况方面分析了该扑翼机构的可靠性。通过对比试验,确定了一组合适的拍打角度幅值和翼面面积,使得该扑翼机构能够产生12.9 g的升力,验证说明clap-fling机制能够有效提高该扑翼机构的升力。

单曲柄双摇杆扑翼驱动机构的优化设计

微扑翼飞行器在试飞过程中时常发生向左或者向右倾斜栽落的现象,这是由于左右扑翼动作的不完全对称性引起的.由此建立了驱动机构在一个运动周期内左右扑翼角之差和角速度之差的数学模型,并在机械学、仿生学等约束条件下利用模式搜索法对目标函数进行了优化设计.优化前后的参数对比分析和试飞试验均表明:该优化显著增强了微扑翼飞行器的运动对称性.

单曲柄双摇杆扑翼机构多目标优化设计

对单曲柄双摇杆仿生扑翼机构进行多目标优化设计,可为机构实际应用提供多组备选解。在单曲柄双摇杆机构运动分析的基础上,建立其约束多目标优化模型。其中,以最小化左右扑翼角之差的最大值和最大化扑翼角幅值为目标,以满足Grashof准则、力传递性能和仿生学规律等为约束条件。采用一种改进多目标进化算法——扇形采样约束多目标差分进化算法求解该多目标优化问题,得到多组满足约束条件的Pareto最优解。最后,对Pareto最优解和被支配解进行比较分析,结果表明,前者的目标函数值优于后者。

单曲柄双摇杆机构同步性能优化

针对在扑翼机构与可变后掠翼机构中广泛应用的单曲柄双摇杆机构两侧摇杆存在转角偏差的问题,提出利用解析法与仿真试验相结合的优化设计研究思路。将单曲柄双摇杆机构从两种特例拓展为一般性的统一模型,基于平面连杆机构基本方程建立摇杆同步性能的优化设计数学模型。通过引入摇杆转角偏差小量假设和极限位置对称性假设,利用泰勒展开公式,求解出最优设计变量的理论关系式。但该理论最优解要求摇杆长度不固定,须随时变化,工程中难以实现。在理论最优解的基础上,结合大量系统地机构仿真试验研究,进一步给出获得单曲柄双摇杆机构同步性能优化解的近似经验公式与设计曲线图,从而得到单曲柄双摇杆机构同步性能优化问题的完整解法,并通过设计实例验证了该方法的工程实用性。

两侧不对称单曲柄-双摇杆机构的同步性研究

针对传统不对称单曲柄双摇杆机构中两侧摇杆存在相位角差而造成机构运动不平衡的问题,文中对曲柄中存在夹角的不对称单曲柄双摇杆机构进行研究,系统分析其在提高两侧摇杆同步性方面的优势。首先建立不对称单曲柄双摇杆机构的简化模型,基于平面连杆机构基本方程对摇杆同步性进行最优求解,得出极限偏差角最小情况下各杆长的经验公式,并对公式中影响极限偏差角的参数进行了分析。结合工程实际,将不对称曲柄双摇杆机构中曲柄存在夹角和不存在夹角的两种情况进行对比,结果显示,在满足相同杆长条件下,曲柄中存在夹角的机构相比曲柄中不存在夹角的机构在减少左右摇杆相位差角方面更有优势,能提高不对称机构的同步性。

风洞二喉道调节片机构分析与设计

第二喉道在跨超声速风洞中具有重要作用,调节片式第二喉道是其中一种重要的结构形式,国内外对其已开展了大量研究。以跨声速风洞第二喉道调节片机构的设计为背景,从偏置曲柄滑块机构原理入手,结合0.3m风洞第二喉道调节片机构的结构特点,综合运用了偏置曲柄滑块机构和平行四边形机构,并对其进行了运动学分析。风洞运行结果表明:该机构具有良好的气动性能,结构形式合理可靠。

扑翼飞行器驱动机构设计与仿真分析

针对空间曲柄摇杆机构的优点,研究分析了将其应用到扑翼飞行器驱动机构上的可行性。基于传统图解法,建立驱动机构的数学模型,综合考虑安装方便和结构紧凑,确定机构尺寸的大小。建立虚拟样机进行仿真分析,验证理论设计的正确性。结果表明,该结构可以作为扑翼飞行器的驱动机构。

基于曲柄滑槽机构的扑翼飞行器设计

针对传统扑翼飞行器机翼拍打存在相位差的问题,设计了一种使用曲柄滑槽机构传动的扑翼飞行器,对其进行建模和仿真分析,制作样机并进行了实际飞行测试。制作的样机质量为26 g,翼展为340 mm,最高拍打频率为17 Hz。对曲柄滑槽机构进行理论分析,推导出该机构的运动学方程;利用SolidWorks软件对曲柄滑槽机构进行运动学仿真分析,研究了不同曲柄长度和不同拍打频率下扑翼飞行器的运动特性,确定了一个合适的曲柄长度;测试了不同电机型号和减速比下扑翼飞行器的功率消耗,确定一组低功耗的动力装置。研究结果表明,曲柄滑槽传动机构能够实现机翼无相差对称拍打,降低升力不平衡对机身的影响;在曲柄长度为4.5 mm时,机翼的上冲程角和下冲程角分别为45°和-15°,扑翼飞行器能够实现在空中稳定飞行。

热连轧无缝钢管生产线芯棒冷却区设备结构的对比分析

介绍了热连轧无缝钢管生产工艺布置中芯棒冷却区的设备组成;根据不同结构的芯棒移送设备,将芯棒冷却区设备分为步进梁式、曲柄摇杆式和升降翻板式3类,并对比分析了各自的优缺点。分析认为:步进梁式结构工艺集成性高、控制简单,曲柄摇杆式结构的点检、维护方便,而升降翻板式结构的投资成本低;在设计芯棒冷却区设备的布置方案时,应综合考虑各类结构的优点确定设计方案。

单曲柄双摇杆无相差扑翼驱动机构的设计与仿真

在具有二级减速齿轮的单曲柄双摇杆机构上,通过加入Watt直线机构,建立三维扑翼飞行器模型,保证了左右拍动完全对称,提高了扑动的紧凑性和稳定性。Adams仿真分析表明左右扑翼角度和角速度完全一致,提高了运动对称性,验证了该优化方法的正确性和可行性。

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。

浅析几何法在曲柄滑块式襟翼机构设计中的应用

阐述了几何法的基本原理,并以曲柄滑块式襟翼机构设计为例,详细阐述了几何法在襟翼机构设计中的应用,并指出几何法适用于机构运动平面垂直于机翼后梁的情况,不完全适用于襟翼顺气流运动的情况。

弹性元件参数优化对扑翼机构转速波动影响研究

以特拉华大学机械系统实验室所研制的样机模型进行建模,该模型传动机构采用曲柄摇杆机构。传动机构在运转的过程中,翅翼会在气动力和惯性力作用下产生周期性波动,导致电机转速波动增大,影响机构的平稳运行,产生振动和噪声。在仿真试验中引入弹簧元件,可有效降低电机转速波动,利用正交试验设计方法对影响电机转速波动的影响因素进行极差分析,得出弹簧的连接点位置是主要因素,弹簧的刚度系数是次要因素,弹簧原长影响最小。搭建了物理实验平台,验证了仿真结果和正交试验设计方法的正确性。

基于空间曲柄摆杆机构的扑翼飞行器驱动机构设计与分析

为了提高扑翼飞行器的飞行性能,借鉴生物的飞行运动特征,设计了一种基于空间摆杆机构的新型多自由度扑翼机构.通过运动学分析建立了扑翼飞行器驱动机构的运动学模型,利用Matlab对驱动机构运动学方程进行求解分析.结果表明:所设计的驱动机构通过单自由度驱动,就能够完成扑动、扭转耦合运动,其中上扑动幅度为64.098°,下扑动幅度为-64.098°,扭转角度为69.422°~99.327°,并且能够输出与生物飞行时翅翼相同的“8”字型轨迹,具有良好的气动性能.

Bird-mimetic Wing System of Flapping-wing Micro Air Vehicle with Autonomous Flight Control Capability

A micro air vehicle with a bird-mimetic up-down and twisting wing drive system was developed in this study. The Flap- ping-wing Micro Air Vehicle （FMAV）, with a 50 cm wingspan and a double-crank drive system, performed successful flights of up to 23 min. The performance and capabilities of the FMAV were enhanced by adapting a number of unique features, such as a bird-mimetic wing shape with a span-wise camber and an up-down and twisting wing drive mechanism with double-crank linkages, This lift-enhancing design by mimicking the flapping mechanism of a bird＇s wing enabled the 210 g FMAV to fly autonomously in an outdoor field under wind speeds of less than 5 m.s-1. Autonomous flight was enabled by installing a flight control computer with a micro-electro-mechanical gyroscope and accelerometers, along with a micro video camera and an ultralight wireless communication system inside the fuselage. A comprehensive wind tunnel test shows that the FMAV with a high-camber wing and double-crank mechanism generates more lift and less net thrust than the FMAV with a flat wing and single-crank mechanism, which confirms the improved performance of the developed FMAV, as well as the superior slow flying or hovering capabilities of the FMAV with a high-camber wing and double-crank wing drive system.

空间曲柄摇杆扑翼机构设计分析

为了提高扑翼机构两侧运动支链的运动对称性,进而扑翼增强飞行器滚转稳定性,分析了平面曲柄摇杆扑翼机构运动不称的原因,提出并构建了一种空间曲柄摇杆扑翼机构.计算仿真和样机试验结果表明,与平面空间摇杆扑翼机构相比,两翼扑动对称性有所提高;试飞实验表明在扑翼飞行器中采用空间曲柄摇杆扑翼机构能够使提高滚转稳定性.该空间曲柄摇杆扑翼机构结构紧能够满足构建小型扑翼飞行器的需要.

扑翼飞行器驱动机构的优化设计与仿真

针对目前双曲柄双摇杆结构应用在扑翼飞行器设计上较少,研究分析了扑翼驱动机构基于最小传动角最大的优化设计方法。在对传统四杆机构图解法的基础上,建立最小传动角与扑翼机架长度的关系模型。根据鸟类扑翼飞行的仿生条件,导出了机架安装角与扑翼扑动幅值、曲柄驱动角运动方程。利用MATLAB进行求解,确定驱动机构最优设计方案。建立扑翼驱动机构的虚拟样机,在ADAMS平台上进行虚拟运动仿真。结果表明,驱动机构的优化设计模型与扑翼扑动理论参数模型一致,此优化设计方法可行实用。

风洞喉道可调中心体机构分析与设计

第二喉道在跨超声速风洞中具有重要作用,中心体式第二喉道作为其中一种重要的结构形式近年来国外已开展了大量研究。本文以跨声速风洞第二喉道中心体机构的设计为背景,从偏置曲柄滑块机构原理入手,结合0.3 m风洞第二喉道可调中心体机构的结构特点,创新性地运用了对称偏置双曲柄滑块机构,并对其进行了运动学和动力学分析。风洞运行结果表明:该机构具有良好的气动性能,结构形式合理可靠。

基于虚拟载荷校准试验的襟翼曲柄测载方法

飞行载荷测量是验证飞机结构完整性,完成飞机定型必需的试验项目。基于应变法的飞行载荷测量方法通过地面校准试验构建应变与加载载荷之间的对应关系,然后将飞行实测应变代入载荷模型求得飞行载荷。某型飞机襟翼驱动曲柄几何外形不规则,具有轴向弯折、截面非对称等特点,载荷测量存在困难。基于该襟翼驱动曲柄的运动机理及襟翼操纵机构的传力路径研究,对曲柄进行受力分析,提出曲柄载荷测量方法,并利用虚拟载荷校准试验的手段对本方法进行验证。结果表明,本文方法是正确、有效的。

仿蜻蜓扑动机构改进及气动力/力矩测量

为进一步提高扑翼微型飞行器的机动性能,对前期提出的可移动铰链曲柄滑块扑动机构进行了改进和小型化。该机构运动学表明:移动铰链后两侧翅膀扑动幅值差值从之前的21.3°增大到51.2°,同时平均扑动幅值降到0°。研制了可快速模块化组装的碳纤维板仿蜻蜓扑翼样机。样机测量和试飞实验表明,通过调节扑动频率可以明显改变样机的升力和推力,有效实现飞行器的快速爬升机动飞行。在较大扑动频率移动铰链可以产生足够的偏航力矩和滚转力矩用于转弯等机动飞行。