Kinematic and Aerodynamic Modelling of Bi- and Quad-Wing Flapping Wing Micro-Air-Vehicle

A generic approach to model the kinematics and aerodynamics of flapping wing ornithopter has been followed, to model and analyze a flapping bi- and quad-wing ornithopter and to mimic flapping wing biosystems to produce lift and thrust for hovering and forward flight. Considerations are given to the motion of a rigid and thin bi-wing and quad-wing ornithopter in flapping and pitching motion with phase lag. Basic Unsteady Aerodynamic Approach incorporating salient features of viscous effect and leading-edge suction are utilized. Parametric study is carried out to reveal the aerodynamic characteristics of flapping bi- and quad-wing ornithopter flight characteristics and for comparative analysis with various selected simple models in the literature, in an effort to develop a flapping bi- and quad-wing ornithopter models. In spite of their simplicity, results obtained for both models are able to reveal the mechanism of lift and thrust, and compare well with other work.

压缩空气储能系统的微机电控制技术

结合当前能源需求的大背景,综述了压缩空气储能系统的微机电控制技术研究情况。首先详细阐述了压缩空气储能系统的内部运行逻辑,包括运行方式和相关机械结构。在此基础上,从转速和储能电机两个角度,探讨储能系统的微机电控制技术的最近研究进展。最后列举了当前较为常用的控制优化技术,可为后续研究提供一定的理论借鉴和思考。

仿绿头鸭扑翼飞行器的低速飞行气动特性仿真研究

针对仿绿头鸭扑翼飞行器,在刚性扑动基础上引入了展向弯折和弦向扭转两种运动方式,提出了4种不同扑动路径的描述方程,并对其低速飞行气动特性进行了研究。首先,根据绿头鸭翼翅外形选择NACA 6411翼型并对其弯度和长度进行修正,通过放样创建扑翼几何构型。之后,基于动网格技术构建扑翼流场网格模型,包含刚性扑动、机翼弯折和机翼扭转等3种不同扑动形态。最后,使用Fluent进行瞬态仿真,基于压力耦合求解器和k-ω湍流模型得到不同扑动形态下飞行速度为2 m/s时的气动特性。结果表明,在低速飞行时,非对称扑动效应、展向弯折效应和弦向扭转效应均可起到增加升力、降低阻力的效果。所提出的3个扑动模型相对传统的对称刚性扑动模型分别能提高3.89%、14.78%、24.44%的升力,其中弯扭组合形式的扑动提供的推力能够抵消前飞时的空气阻力。

微磨料气射流加工技术研究现状与展望

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术,已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力,国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研究工作。本文在概述磨料射流加工技术发展的基础上,全面总结了国内外学者在微磨料气射流加工(MAJM)技术中的微磨料气射流束发散效应及其抑制策略、材料力学性能对材料冲蚀去除模式的影响、材料冲蚀加工过程磨料嵌入抑制策略、微结构冲蚀加工几何特征等方面的主要研究成果,并对微磨料射流加工技术的难点与发展趋势进行了展望。

微小型压缩空气储能系统用涡旋压缩机流动特性研究

以空气为工质,基于计算流体动力学方法,对无油空气涡旋压缩机在变工况运行条件下进行了三维非稳态数值模拟。研究发现:动静涡旋齿之间存在的径向间隙,会使得压缩机工作腔内温度、流速和压力的分布不规律;增大转速,不但可以增加涡旋压缩机的质量流量,而且还可以减小切向泄漏量,进而提高压缩机的工作效率;排气压力过大,会降低涡旋压缩机的基本输出性能;在低转速下,过高的排气压力会使得压缩机排气口出现“净回流”现象。

城市空气质量的经济价值评估——基于土地市场的视角

结合微观土地交易和城市PM2.5地表年均浓度等数据,研究空气污染对土地价格的影响及传导机制,并通过“两步法”评估中国城市空气质量的经济价值。基准结果显示,城市空气质量改善显著提高了土地价格,并估计出中国城市空气质量的经济价值约为27.369元/m2。通过剔除冬季集中供暖地区样本、改变模型设定形式,以及将核心解释变量滞后一期、两期处理后,基准回归的结论依然稳健。采用城市的空气流通系数和逆温天数作为空气污染的工具变量,内生性处理结果表明空气污染与城市中心地价之间存在负向的因果关系,进一步支持了基准结论。考虑到所处区域和城市层级等方面存在的差异,研究发现中国城市清洁空气的经济价值呈现出异质性。具体而言,东部地区城市空气质量的经济价值明显高于中西部地区,不同层级城市空气质量的经济价值也存在一定的梯度,其中一线城市最高,四线城市最低。机制检验结果表明,城市人口规模是土地价格反映空气质量经济价值的关键渠道。

一种改良微网式雾化器的设计与应用

该研究设计了一种改良微网式雾化器。该雾化器整机尺寸小、易携带,兼具超声雾化器的低噪声运行与空气压缩式雾化器的雾化颗粒直径小的特点。该雾化器在设计阶段充分考虑使用中可能出现的问题,通过斜角杯底雾化杯设计、清洁模式设置、微网式喷头采用振动筛网雾化网片等方法,克服了目前市面上微网式雾化器的残留药液量较大、雾化网片易堵塞、产热效应较高、雾化颗粒直径过小的缺点。经用户体验反馈,证明该改良微网式雾化器使用方便,功能完善。

服装通风机制及策略的研究进展

服装通风策略是改善人体热湿舒适性的重要技术手段。为不同高温作业服装提供有效的通风降温策略,文章介绍了服装通风效率的测评指标及相应的两种测量方法及其特点,回顾了织物通风模型、局部通风模型、动态通风模型、被动通风服模型及主动通风服模型的发展历程,从织物透气性、服装开口、内嵌通风设备三方面阐述了现有服装通风策略对于人体热散失的影响机制。基于此研究现状提出两点展望,即建立耦合人体热生理反应的动态三维服装通风模型,开发多种换热方式相耦合的主动通风服。

壳聚糖微纳米纤维复合抗菌空气滤材的制备及其性能

为制备一种绿色环保的抗菌空气过滤材料,在壳聚糖水刺非织造布(CS)的表面静电纺丝一层壳聚糖/聚氧化乙烯(CHI/PEO)纳米纤维膜,得到壳聚糖微纳米纤维复合空气滤材(CHI/PEO-CS)。对制备的CHI/PEO-CS复合膜的微观形貌、力学性能、孔径分布、透气性、过滤性能以及抗菌性能进行了系统研究。结果表明:CHI/PEO纤维直径随着PEO质量分数的增加而增大,当PEO质量分数为0.45%时,CHI/PEO纤维的成纤率最好,对应的纳米纤维直径为146 nm;CHI/PEO-CS对300 nm NaCl气溶胶颗粒的过滤效率可达99.56%,对应压降为63 Pa;当壳聚糖水刺布表面静电纺纳米纤维膜后,CHI/PEO-CS在改善其过滤性能的基础上依旧保持原水刺布较高的强力,且具有较好的透气性能(246.2 mm/s);此外,CHI/PEO-CS对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的拦截率分别为99.97%和99.88%,显著高于纯CS水刺布。

引气剂调节水泥基微膨胀材料波阻抗的研究

为满足施工要求制备与各类较硬岩石波阻抗匹配的水泥基微膨胀回填材料,采用普通硅酸盐水泥、矿粉、中级砂等为原料,引气剂为密度和波速调节材料,通过改变水胶比、砂胶比与引气剂质量分数,探究其对水泥基微膨胀材料抗压强度、密度、波速和波阻抗的影响规律;测量各组材料的流动度和竖向膨胀率是否满足回填施工要求;通过微观测试,探究引气剂质量分数对水泥基微膨胀材料内部孔隙结构与孔隙率的影响规律。结果表明:引气剂的加入在水泥基微膨胀材料内部引入气泡,随引气剂质量分数增加,水泥基微膨胀材料内部孔隙率逐渐增大,抗压强度、密度、波速与波阻抗均下降;所制备出的水泥基微膨胀材料可满足的波阻抗范围为4.67~10.3 kt·m^(-2)·s^(-1),能够匹配各类常见较硬岩石波阻抗;对水泥基微膨胀材料28 d波阻抗进行多元线性回归分析,得到精度较高的回归模型,实际应用时注浆效果较好,可用于岩石波阻抗匹配材料的快速制备。

考虑多重轮换调控的空调负荷调控潜力评估与控制策略

调度空调柔性负荷是缓解电网高峰负荷的有效措施,对稳定电网运行具有重要意义。首先,构建空调负荷模型,兼顾考虑空调可投切和空调允许关断时长,引入微元法的思想,提出考虑控制时长影响的空调调控潜力评估方法。其次,分析负荷聚合商系统发展需求,基于软件定义网络提出空调状态监控系统架构。然后,以空调群聚合功率变化量与电网调控需求量差值最小为目标,以用户舒适度为重要约束,考虑空调投切状态与空调调控总时长,构建考虑多重轮换调控的空调控制策略。最后,通过仿真分析验证了所提模型不仅能根据不同响应时长准确评估空调调控潜力,而且能够提升空调可调控能力。

静电纺聚酰胺6/聚苯乙烯复合纳米纤维膜制备及其空气过滤性能

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过滤效率及阻力的构效关系;结合扫描电镜表征探讨了不同形貌、直径纤维的叠加次序对过滤寿命及细颗粒物沉积行为的影响,系统研究了过滤风速、细颗粒物尺寸对过滤性能的影响。结果表明:在5.33 cm/s的风速下,以多喷头静电纺丝方式制备的PA6/PS复合膜具有更好的抵抗风速变化的能力,在长期使用中阻力增加较缓慢,其具有93.13%的过滤效率,30.67 Pa的过滤阻力和0.0889 Pa-1的品质因子,综合过滤性能优于同等条件下H10等级(过滤效率>90%)的商业玻璃纤维过滤膜。

青龙寺煤矿带式输送机转载点封闭微负压除尘技术研究

为了解决青龙寺煤矿带式输送机转载点粉尘问题,提出了封闭微负压除尘理论。首先对转载点封闭微负压空间模型进行了分析,确定了确保空间内保持微负压状态时排风量与诱导风量和挤占同体积空气量之间的关系;其次对诱导风流的计算开展研究,拟定了诱导风量计算方程,并结合青龙寺煤矿转载点实际数据,开展保持微负压状态时的最小排风量及控尘点保持最低控尘风速时所需排风量计算,经过对比确定了排风量不得小于153 m^(3)/min;最后根据计算结果,现场选取了KCS-180D除尘风机为主要除尘设备的除尘系统,转载点降尘效率达到90%以上,取得了理想效果。

膜片式微通道预冷器换热微细管束振动分析与可靠性评价方法

针对预冷吸气式组合发动机的膜片式微通道预冷器换热微细管束振动可靠性问题,建立换热微细管固有振动特性计算方法与数学模型,研究预冷器换热微细管在高速气流冲击下的振动模式,给出综合考虑旋涡脱落激振、紊流抖振和弹性激振等多种共振模式的预冷器换热微细管束振动可靠性评价模型,揭示预冷器换热微细管振动可靠度的变化规律。研究结果表明,预冷器换热微细管的固有振动频率与换热微细管外径、壁厚、相邻支撑间隔板之间跨度以及材料特性等参数密切相关,其振型具有正弦函数的特征;预冷器换热微细管在高速气流冲击作用下存在旋涡脱落激振、紊流抖振、弹性激振等共振模式;预冷器换热微细管振动可靠度随外侧被冷却工质流速的增大呈现出先降低后提高并趋近于某一数值的变化规律;为防止预冷器换热微细管发生共振损坏,在结构设计中要充分结合工作剖面、流动换热特性等,合理设计换热微细管束结构参数。

基于自学习非线性PID的音圈电机精密定位系统

基于音圈电机的精密宏微气浮运动系统,是一种能克服接触摩擦和行程限制的新型精密定位系统。针对系统中用于精密定位的音圈电机受到内外扰动从而影响系统最终定位精度的问题,在建立起音圈电机数学模型的基础上,设计了基于反正弦函数的自学习非线性PID控制器,利用自学习算法对非线性增益函数的增益系数进行实时调整。完成算法设计与仿真后,在搭建的系统平台分别进行了微动台短行程定位和宏微动台的长行程定位实验。仿真和实验结果表明,与传统PID控制器相比较,自学习非线性PID控制器的使用有效提高了系统的鲁棒性和定位精度,系统对位置指令响应迅速无超调,控制精度达到了亚微米级。

微孔节流气体静压止推轴承跨缝过程时变特性研究

目前,大型气浮平台均采用花岗岩平台拼接而成,平台拼缝会对实验效果产生一定影响。针对上述问题,以微孔节流气体静压轴承运动中经过平台拼缝时的时变特性为研究对象,建立微孔节流止推轴承物理模型,并使用CFD软件与UDF相结合的动网格技术实现轴承跨越平台拼缝的动态过程仿真,研究不同气膜厚度、进气口压力、平台拼缝位置对轴承承载力和压力分布的影响。结果表明:当平台拼缝到达微孔分布圆附近时承载力急速下降,且平台拼缝到达轴承中心时承载力下降到最小值;随着气膜厚度的增加,轴承承载力的最大损失比例随之增加,并最终稳定到0.6;平台拼缝位于供气孔分布圆之外时,轴承边缘与平台拼缝之间的承载面将失效;通过增加进气口压力,轴承承载力整体有明显提升,但承载力损失速度也明显加快。

突风扰动下的扑翼气动功耗和效率变化

针对突风对扑翼飞行器气动性能的影响,开展了前向、侧向和竖直方向突风中扑翼的气动功耗和效率变化研究。首先基于简化的生物翅几何和运动模型,构建了不同方向、强度的突风模型。之后采用计算流体力学方法获得了突风方向及强度对扑翼气动力、功耗及效率的影响。最终结果表明,在所研究的突风强度范围内,前向突风引起的扑翼瞬时气动功耗增幅可达33%,但突风对扑翼平均气动功耗和效率的影响不大;从翼根到翼尖的侧向突风相比反方向的侧向突风所引起的气动功耗增加和气动效率降低更加明显;向下的突风尽管能够降低扑翼的气动功耗,但也同时降低了扑翼的气动效率。此外,突风对扑翼平均气动功耗的影响可以用与突风方向相同、大小等于突风平均速度的定常来流进行模拟,它们对扑翼平均气动功耗的影响是相近的。

基于单片机控制的自动均压模拟实验系统研究与应用

目前,煤矿井下工作面均压主要以调节风窗加调压风机均压系统为主。在实际调压过程中,主要通过调节风窗开口面积来实现工作面均压,而这种方法存在调节不及时、不准确和工作量大等问题。针对这一问题,以某煤矿6102工作面通风系统为蓝本,研制了该工作面均压系统的物理相似模型,设计了一种基于单片机控制的煤矿均压自动控制系统并进行了测试实验。实验结果表明:该均压自动控制系统具备实时监控和自动控制能力,能够实现工作面的自动均压调节,在实验条件下可以减小采空区漏风30%左右,为该煤矿井下应用均压自动控制系统提供了参考。

低温冷风微量润滑在30CrMnSi结构钢切削加工中的应用

低温冷风微量润滑技术是结合微量润滑技术与低温冷风技术的先进清洁切削技术,通过对30CrMnSi结构钢材料低温冷风微量润滑的冷却工艺参数与转速、进给速度及背吃刀量等切削工艺参数的适配性研究,在充分发挥低温冷风微量润滑技术的绿色环保优势前提下,确保生产效率与质量,实现绿色制造,并显著提高局部区域表面质量。

可悬停扑翼飞行器研究现状与关键技术

可悬停扑翼飞行器模仿自然界定点滞空昆虫和鸟类的飞行特点,隐蔽性高、灵活机动、应用环境多样,具有突出的理论和实用价值,引起了世界范围的广泛关注。对可悬停扑翼飞行器的研究现状和发展方向进行了综合评述。首先总结了近年来最突出的研究成果,按照微扑翼尺寸分类分别介绍MAV、NAV、PAV尺度下可悬停扑翼微飞行器的样机构型、动力系统、质量分配与飞行性能,统计了升力、翼展、质量、扑翼幅值等重要参数,介绍了电机、压电和电磁驱动扑翼微飞行器最具代表性的研究工作;然后针对目前飞行器研究运用的升力产生原理、飞行稳定性分析、功耗效率优化、续航能力等关键技术进行了分析和总结;最后讨论了扑翼飞行器亟待突破的技术难题和未来发展方向。