Static strength analysis of dragonfly inspired wings for biomimetic micro aerial vehicles

This article examines the suitability of fabricating artificial, dragonfly-like, wing frames from materials that are commonly used in unmanned aircraft(balsa wood, black graphite carbon fiber and red prepreg fiberglass). Wing frames made with Type 321 stainless steel are also examined for comparison. The purpose of these wings is for future use in biomimetic micro aerial vehicles(BMAV). BMAV are a new class of unmanned micro-sized aerial vehicles that mimic flying biological organisms(like flying insects). Insects, such as dragonflies, possess corrugated and complex vein structures that are difficult to mimic. Simplified dragonfly-like wing frames were fabricated from these materials and then a nano-composite film was adhered to them, which mimics the membrane of an actual dragonfly. Finite element analysis simulations were also performed and compared to experimental results. The results showed good agreement(less than 10% difference for all cases).Analysis of these results shows that stainless steel is a poor choice for this wing configuration, primarily because of the aggressive oxidation observed. Steel, as well as balsa wood, also lacks flexibility. In comparison, black graphite carbon fiber and red prepreg fiberglass offer some structural advantages, making them more suitable for consideration in future BMAV applications.     

质子交换膜燃料电池用增强型复合膜性能研究

用流延法制备增强型NaIion／PTFE复合膜，用电子扫描显微镜（SEM）观察膜，测试了膜的溶胀率、机械强度及质子传导率测试和单体电池性能，并与市售Nafion0膜进行比较。研究表明：流延法制备的Nafion／PTFE复合膜致密性好，（23±2）℃和（i00±2）℃恒温水浴条件下，Nafion／PTFE复合膜体积溶胀率分别仅为Nafion0212膜的30％，70％，Nafion／PTFE复合膜的最大拉伸强度较Nation212膜高52％，H2渗透率较Nafion0212膜高14％～25％；Nafion／PTFE复合膜的放电电压高于Nation0211膜，当电流密度为1000mA／cm。时，Nafion／F’T—FE复合膜单池放电电压为0．714V，较Nafion0212膜高8％，能满足质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用要求。     

质子交换膜燃料电池驱动直流电机转速性能的动态仿真模型

燃料电池具有能量转化效率高、低噪声、低排放、稳定可靠等优点,被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统.燃料电池已经成为无人机、轻型飞机的主动力,并用于大型客机的辅助动力装置.本文设计了应用质子交换膜燃料电池直接驱动直流电机和螺旋桨的方案,并利用Matlab/Simulink构建了仿真模型,模拟燃料电池的动态输出特性以及电动机的转速特性.该模型可以为燃料电池飞行器的研发提供参考数据.     

空气动力对薄膜结构动力特性的影响规律

薄膜结构刚度小、自重轻、自振频率低,对外力作用非常敏感,因此在分析其动力特性时应考虑到空气与结构的耦合作用。本文利用附加空气质量、辐射阻尼和气承刚度这一简化气动力模型来考虑空气与振动薄膜结构之间的相互作用。分别推导了附加空气质量、辐射阻尼和气承刚度的计算方法及其相应的变化规律。并进一步采用算例分析对结构在空气中的自由振动和受迫简谐振动进行了系统分析,同时探讨了气动力对薄膜结构动力特性的影响规律。     

膜分离器及其机载应用

为了满足飞机放火防爆要求，膜分离器作为机载油箱惰化系统的关键部件在国外军、民机已经装机使用，在国内膜分离器处于研制阶段，正逐步向军、民用飞机推广应用。分析了国内外现状，对膜分离器工作机理进行了阐述，详细论述了膜分离器研制过程中涉及到的膜材料、膜制备工艺、膜分离器，总结了影响膜分离器性能的主要参数；进行了膜分离器在机载惰化中应用的试验研究，总结了研发和应用中得到的经验，有利于膜分离器今后的研发和机载惰化中的应用。     

镧掺杂镍锌铜铁氧体-聚苯胺复合材料的制备

采用凝胶法制备了Ni0.25Zn0.5Cu0.25LaxFe2-xO4(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2)和Ni0.5-yZn0.5CuyLa0.05Fe1.95O4(y=0、0.05、0.1、0.15、0.2),分别在850℃、950℃和1050℃下煅烧得到铁氧体,再与苯胺进行复合制备出镧掺杂镍锌铜铁氧体-聚苯胺复合材料。通过X射线衍射、红外光谱和透射电镜对铁氧体和复合物的结构、形貌和粒径等进行分析,得出铁氧体为尖晶石,复合物形貌呈圆形颗粒状。煅烧温度为1050℃时的复合物粒径为66.7nm,煅烧温度低有利于聚苯胺包裹铁氧体,同时复合物磁性降低;煅烧温度高可以更好地减少杂质和中间体,且随着煅烧温度的升高制得的铁氧体颗粒也增大。随着镧掺杂量的增多,铁氧体的粒径先减小后增大再减小,随着铜的掺杂量的增多,颗粒粒径先减小再增大,表明镧和铜的掺杂影响铁氧体和复合物的性质。     

数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究

针对传统接触式测试方法(如电测法等)在土木工程领域中的局限性,开展了数字图像相关(Digital image correlation,DIC)方法在该测试领域的应用研究.采用橡胶带的拉伸实验来验证DIC方法的测量精度,具体的实验测试内容包括:基于空域和频域相结合的混合相关法,开展了建筑膜材的双轴拉伸实验,测量了膜材的力学参数;基于仿射变换的相关迭代法,开展了钢管混凝土框架梁柱连接模型的转角测量与分析实验,测量了加强环式连接的弯矩转角关系;基于时间序列DIC和高速摄影成像技术,开展了自由振动状态下拉索模型的动力学参数识别的实验研究.实验结果验证了这一新型检测手段用于测试建筑材料及结构的力学性能的可靠性与精度.     

空间充气薄膜衍射成像结构的热力耦合分析

随着空间光学技术的发展,衍射成像系统成为空间光学领域的研究热点。提出了一种充气薄膜衍射成像结构设计方案,针对其在空间热载荷作用下的热力耦合效应开展研究。建立了充气薄膜衍射成像结构的热力耦合顺序分析框架,基于I DEAS和ANSYS软件二次开发技术,实现了热力耦合数值分析,得到了结构在轨运行时的瞬态温度场、热应力、热变形等。分析结果表明,充气支撑结构产生了较大热变形,但最大热应力远小于聚酰亚胺薄膜材料的抗拉强度,而镜面中心处没有出现较大的热变形响应,为充气薄膜衍射成像结构的防热设计提供了技术支持。     

充气式机翼的颤振特性分析

充气式机翼的结构刚度由内充气压决定,其颤振特性需要建立静、动力学耦合的分析方法.机翼结构刚度和固有振动特性需要在静力分析基础上计算,进一步计算非定常气动力,从而采用传统的颤振计算方法分析其颤振特性.针对某一充气式机翼采用膜单元建立了有限元模型.在不同内充压条件下,对充气机翼进行了静力分析得到其结构刚度;然后对机翼进行模态计算和颤振分析.研究表明:各阶模态的频率随内充气压的升高而升高;除典型的弯扭模态外,充气机翼的弦向弯曲模态频率较低;充气机翼的颤振形式除常规的弯扭模态耦合外,弦向弯曲模态同样会发生颤振;机翼的临界颤振速度随内充压的变化近似呈分段线性变化;临界颤振模态及耦合分支在一定气压范围内保持不变.      

烧结温度对Mn-Zn铁氧体吸波性能的影响

研究Mn-Zn铁氧体的烧结温度对其微波吸收性能的影响,选用了5种烧结温度制备铁氧体,并对其作了X-射线衍射相组成分析。实验表明采用1500℃高烧结的铁氧体较其他温度下烧结的吸波性好。