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扑翼器──一种学习控制的新模型

清华大学学报（自然科学版） 1996年第5期36卷 48-53页

作者：于婷王文渊清华大学自动化系北京100084

提出了被控对象模型——扑翼模型，它是对可进化的实际生物模型的简化，具有非线性、多输入多输出等特点。用在复杂的学习系统时，可对其效率及性能进行检验。基于该模型，构造了一个神经网络控制方案。它是一个逐级发展的学习控制系统... 详细信息

提出了被控对象模型——扑翼模型，它是对可进化的实际生物模型的简化，具有非线性、多输入多输出等特点。用在复杂的学习系统时，可对其效率及性能进行检验。基于该模型，构造了一个神经网络控制方案。它是一个逐级发展的学习控制系统，可用于分析和研究生物的学习过程。在该系统上，进行了对目标捕捉的计算机模拟，当目标静止、随机运动或以一定规律运动时，均获得了满意的结果。随着学习的深入，该系统还可获得预测能力。由于本系统具有逐层建构的特点，故可完成复杂的控制任务。

关键词：扑翼模型学习控制飞行器机翼扑翼器

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仿鸟复合振动的扑翼气动分析

南京航空航天大学学报 2003年第1期35卷 6-12页

作者：曾锐昂海松南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

根据绿头鸭飞行的录像片断 ,对其平飞时翅膀的扑动模型进行简化 ,提出了一种新的变速 -折叠扑翼扑动模型 ,使之更符合鸟类翅膀的实际扑动规律。通过非定常涡格法的比较计算发现 ,以该新模型规律运动的扑动翼 ,在一个周期内的平均升力系... 详细信息

根据绿头鸭飞行的录像片断 ,对其平飞时翅膀的扑动模型进行简化 ,提出了一种新的变速 -折叠扑翼扑动模型 ,使之更符合鸟类翅膀的实际扑动规律。通过非定常涡格法的比较计算发现 ,以该新模型规律运动的扑动翼 ,在一个周期内的平均升力系数较原有的匀角速度刚性模型有了显著增加 ,更适用于设计微型扑翼机。本文较详细地计算分析了扑翼平均升力系数随着扑动幅度、俯仰幅度以及扑动频率等各种扑动参数的变化曲线 ,为微型扑翼机的设计提供了一定的参考依据。

关键词：扑翼机微型飞行器扑翼模型非定常涡格法

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变翼展的仿生扑翼尾迹特征

Acta Mechanica Sinica 2023年第10期39卷 30-41页

作者：何心怡刘毅陈一鑫王士召 The State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics Institute of Mechanics Chinese Academy of Sciences Beijing 100190 China School of Engineering Sciences University of Chinese Academy of Sciences Beijing 101408 China

本文基于仿生扑翼流动的数值模拟研究变形翼展对尾迹结构的影响.所采用的扑翼模型为一个在均匀来流中上下扑动的平板.翼展随着扑动而变化,最大翼展在下扑行程的中间,最小翼展在上挥行程的中间.其尾迹的特征表现为两条相互连接的倾斜涡链... 详细信息

本文基于仿生扑翼流动的数值模拟研究变形翼展对尾迹结构的影响.所采用的扑翼模型为一个在均匀来流中上下扑动的平板.翼展随着扑动而变化,最大翼展在下扑行程的中间,最小翼展在上挥行程的中间.其尾迹的特征表现为两条相互连接的倾斜涡链.虽然变形翼展对尾流拓扑结构的影响不大,但它显著影响了扑翼附近涡结构,导致尾流中涡环链的分布不对称.下扑过程中,位于扑翼下表面的前缘涡收缩,与上挥中翼尖涡相互作用,通过分析升力系数,发现上述涡的相互作用是由翼展长度的变化引起的.

关键词：升力系数扑翼模型尾迹结构前缘涡翼尖涡涡环翼展涡结构

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多段柔性变体扑翼飞行器设计

航空动力学报 2016年第8期31卷 1838-1844页

作者：黄鸣阳肖天航昂海松南京航空航天大学航空宇航学院飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

多段柔性变体扑翼模仿海鸥翅膀的复杂运动.观察海鸥翅膀的运动周期,设计了包含慢频率扑动、展向折弯、弦向扭转和结构柔性变形的扑翼模型,并应用准定常方法计算气动力,为该扑翼飞行器设计提供依据.在CATIA和3DMAX中设计多段柔性变体扑... 详细信息

多段柔性变体扑翼模仿海鸥翅膀的复杂运动.观察海鸥翅膀的运动周期,设计了包含慢频率扑动、展向折弯、弦向扭转和结构柔性变形的扑翼模型,并应用准定常方法计算气动力,为该扑翼飞行器设计提供依据.在CATIA和3DMAX中设计多段柔性变体扑翼机的三维模型和运动模拟,制作样机进行飞行试验,研究其平飞、爬升、偏航等飞行姿态,结果表明升力和推力与数值计算结果吻合.相较于原有扑翼飞行器,多段柔性变体扑翼飞行器可以慢频率扑动飞行,调整扑翼形状.

关键词：多段柔性变体扑翼扑翼模型准定常计算方法运动模拟飞行试验

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柔性扑翼的气动特性研究

应用力学学报 2005年第1期22卷 1-7页

作者：曾锐昂海松梅源南京航空航天大学南京210016 南京电子技术研究所南京210016

以往扑翼的气动力计算研究都很少考虑扑翼的柔性,而在鸟的扑翼动作中,在外加气动力和鸟自身的扑动力作用下,扑翼的柔性变形相当大。本文在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的扑翼分析模型,使之更接近鸟... 详细信息

以往扑翼的气动力计算研究都很少考虑扑翼的柔性,而在鸟的扑翼动作中,在外加气动力和鸟自身的扑动力作用下,扑翼的柔性变形相当大。本文在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的扑翼分析模型,使之更接近鸟翼柔性扑动真实情况。通过计算分析气动特性发现,控制适当的话,柔性变形能大大改善扑翼的气动性能。本文通过模拟鸟扑翼的柔性运动,计算了时柔性扑翼气动力以及平均升力系数和平均推力系数随着扑动角、倾斜角等参数变化的情况,从而从气动的角度解释了为什么鸟在不同的飞行阶段扑翼规律各不相同,并为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据。

关键词：柔性扑翼微型飞行器扑翼模型数值模拟计算

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扑翼柔性及其对气动特性的影响

计算力学学报 2005年第6期22卷 750-754页

作者：曾锐昂海松梅源季健南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016 南京电子技术研究所江苏南京210016

以往对扑翼气动特性的研究基本上都是基于简单的匀速刚性模型,但是通过大量观察不同飞鸟的扑翼动作发现,该模型与鸟翼的实际扑动还有很大差别。鸟翼不但上扑段和下扑段所需时间不同,而且在扑动过程中,鸟翼的形状无论沿弦向或展向都存在... 详细信息

以往对扑翼气动特性的研究基本上都是基于简单的匀速刚性模型,但是通过大量观察不同飞鸟的扑翼动作发现,该模型与鸟翼的实际扑动还有很大差别。鸟翼不但上扑段和下扑段所需时间不同,而且在扑动过程中,鸟翼的形状无论沿弦向或展向都存在着相当大的柔性变形。本文在原有匀速刚性模型的基础上,加入了扑动速率变化和形状变化的影响,得出新的变速柔性扑翼分析模型,使之更接近鸟翼柔性扑动的真实情况。通过对比计算发现,柔性变形对扑翼的升力与推力都有着显著影响,如果控制得当,柔性变形能大大改善扑翼的气动性能。

关键词：柔性扑翼微型飞行器扑翼模型数值模拟计算

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一种用于研究鹰蛾悬停飞行的扑翼实验装置

实验力学 2010年第4期25卷 393-400页

作者：魏榛高东奇贾立超杨基明中国科学技术大学近代力学系合肥230027

研制了一套新型的能够在空气中模拟鹰蛾悬停飞行的扑翼模型实验装置。装置由模型翼面和主体、舵机驱动单元、运动控制与检测、测力天平和采集系统等五部分构成。模型在计算机的控制下按照鹰蛾悬停飞行的活体观测数据完成扑翼运动。与此... 详细信息

研制了一套新型的能够在空气中模拟鹰蛾悬停飞行的扑翼模型实验装置。装置由模型翼面和主体、舵机驱动单元、运动控制与检测、测力天平和采集系统等五部分构成。模型在计算机的控制下按照鹰蛾悬停飞行的活体观测数据完成扑翼运动。与此同时,系统采集得到扑翼的实际运动曲线以及模型所受到的非定常气动力。实验结果表明,模型扑翼运动能很好地复现鹰蛾悬停飞行的动态过程;所测得的气动升力与鹰蛾的悬停条件相一致;由模型实验的升阻力数据所得的挥拍面前倾角也与活体观测结果相吻合。该模拟实验装置运动调节灵活,执行便捷,操控可靠,且能够测量空气中的微小非定常气动力,这为进一步深入研究扑翼运动的机理提供了方便的手段。

关键词：鹰蛾扑翼模型非定常升力

仿生扑翼飞行器的动力特性分析及结构优化设计

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仿生扑翼飞行器的动力特性分析及结构优化设计

作者：张峥哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

仿生扑翼飞行器是一种模仿昆虫或鸟类扑翼飞行的新型飞行器。由于具有重量轻、体积小、隐身性、可操作性好和成本低等特点，在国防和民用领域均有十分广泛的应用前景。空气动力学和仿生学研究均表明，扑翼形式对于特征尺寸相当于昆虫或... 详细信息

仿生扑翼飞行器是一种模仿昆虫或鸟类扑翼飞行的新型飞行器。由于具有重量轻、体积小、隐身性、可操作性好和成本低等特点，在国防和民用领域均有十分广泛的应用前景。空气动力学和仿生学研究均表明，扑翼形式对于特征尺寸相当于昆虫或者鸟类的飞行器来说具有更高的飞行效率。本文首先对鸟类平飞时的实际扑翼运动进行了分析和概括，在原有的匀速无俯仰运动的模型基础上，考虑其缺陷并建立了其他两种改进的扑翼运动学模型，使扑翼运动更接近飞鸟翅膀扑动的真实情况。根据生物飞行的气动理论以及尺度效应，对该扑翼飞行器的运动参数和形状尺寸进行选择。通过数值模拟的方法对不同的运动模型进行气动力的计算和仿真。通过分析现有的扑翼飞行器驱动方式，选择了对称式的双曲柄双摇杆机构与平面四连杆机构作为飞行器的驱动方式。根据确定的运动参数，分别计算出一、二级机翼中各个连杆的长度与所需的夹角并进行运动仿真。在此基础上设计了后置连杆机构来实现弦向的俯仰运动。根据空气阻力公式对驱动电机所需扭矩进行计算，并根据计算结果选择符合要求的电机。利用三维造型软件对扑翼飞行器的结构进行设计和建模。根据确定的形状尺寸和连杆杆长数据，分别对机翼、尾翼和机身进行结构设计，并对其进行干涉检查以及运动仿真。分析运动部件中受力较大的齿轮并对其进行强度校核，同时对整体模型进行重心分析，使该扑翼飞行器重心位于左右对称面上。最后进行扑翼飞行器的实际加工、组装以及测试。选择亚克力板和ABS板作为扑翼飞行器零部件的材料，采用激光切割的方式进行加工。然后进行装配、布线及蒙皮。完成所有的组装后进行实际受力情况测试，得到该扑翼飞行器的实际受力情况。

关键词：扑翼飞行器扑翼模型双曲柄双摇杆机构三维建模

仿昆虫微飞行器悬停气动力计算及实验关键技术研究

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同方学位论文库

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仿昆虫微飞行器悬停气动力计算及实验关键技术研究

作者：王婷中国计量学院

学位级别：硕士

随着在民用和军事方面不断增加的需求,仿昆虫微飞行器已经引起了国际上的研究热潮。目前,扑翼飞行的空气动力学原理研究还没有完全成熟的体系,对昆虫模型飞行控制方面的研究也还不多。基于此背景提出了本论文的研究内容,主要包括两个部... 详细信息

随着在民用和军事方面不断增加的需求,仿昆虫微飞行器已经引起了国际上的研究热潮。目前,扑翼飞行的空气动力学原理研究还没有完全成熟的体系,对昆虫模型飞行控制方面的研究也还不多。基于此背景提出了本论文的研究内容,主要包括两个部分:一方面是对仿昆虫微飞行器悬停状态下三维扑翼运动的升阻力及力矩进行计算分析;另一方面,搭建可用于仿昆虫微飞行器姿态控制实验的基础平台。在数值计算方面,本研究使用商用CFD(Computational Fluid Dynamic)软件Fluent对不同运动参数下的三维单翼模型进行了模拟计算。计算结果显示,扑翼运动的升力主要受到于扑翼拍动运动的影响。在悬停状态,扑翼对称翻转的情况下,改变拍动幅值Φ,升力Fl随着Φ的增大而增大。改变扑翼运动转动攻角α时,主要影响升力Fl及绕Z轴的翻转力矩Mz,其中Fl先随着α的增大而增大,在攻角α达到约35-55°时,升力Fl达到最大,此后Fl随着α的增大而减小。此外,升力Fl还随着拍动频率n的增大而增大。同时还给出了扑翼在前飞状态下和悬停状态下的气动力对比,结果显示在前飞状态下,下拍半个周期内扑翼的升阻力幅值均大于悬停状态。在实验平台搭建方面,本实验平台以水槽为基础平台,通过实时采集昆虫模型各姿态下的受力信息,计算得到昆虫模型下一步姿态及目标流速,再由主控制器实现对昆虫模型的姿态控制。本文主要基于Labview(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)完成了实验平台上力值采集以及同主控制器之间的数据通信工作。本论文给出了相应的基本程序,力值采集基于UDP协议,数据通信通过串口实现。经过测试,本程序能够有效地实现数据采集及通信工作,实现了连接PC机与主控制器之间的通信控制功能。

关键词：微飞行器数值模拟扑翼模型 Labview平台