仿生飞行器非定常气动优化设计研究进展与挑战

从气动建模、设计变量参数化和优化方法策略等方面,论述了仿生飞行器非定常气动优化设计技术的应用和发展,总结了不同优化设计方法的优缺点,分析了发展趋势和未来的研究重点,为进一步开展仿生飞行器气动优化设计研究提供参考。     

正/零表面上自由运动的黄斑蝽三维接触力测试

研究昆虫运动时其脚掌与接触面间的接触力学规律及其附着机制,可以为多足爬行机器人的设计提供理论依据。研制的微牛级应变式力传感器,用来测试昆虫无障碍运动时与接触面间的3维接触力。对黄斑蝽在地面和垂直壁面两种状态下爬行时与接触面的作用力进行测试,分析了力的作用机理。在垂直壁面状态下,昆虫向上爬行时将身体向上推进的同时,会产生防止身体倾覆的吸附力。     

昆虫的扑翼轨迹及高升力机理

通过昆虫飞行运动学测试系统测试了约束状态下蜻蜓、独角仙和鸣鸣蝉等3种昆虫飞行时的各项参数,分析了1个周期的扑翼过程、扑翼轨迹和翅膀变形等。蜻蜓的扑翼频率为22±3 Hz,独角仙的扑翼频率为30±5 Hz,鸣鸣蝉的扑翼频率为39±6 Hz;蜻蜓的翼尖轨迹为"8"字形,独角仙为类"8"字形,鸣鸣蝉为椭圆形;发现在下扑和仰旋阶段,翅膀形状近似为伞状,这种伞状效应能有效提高升力。研究昆虫飞行不同拍翅模式下的升力特性对微型飞行器的机动飞行设计有参考意义。     

基于形状记忆合金的仿壁虎柔性脚掌设计

壁虎通过脚掌独特的外翻机制可以迅速地在壁面实现黏附与脱附。本文通过对壁虎脚掌外翻脱附过程的仿生研究，模仿壁虎外翻脱附机理，以形状记忆合金丝为驱动器，设计仿壁虎柔性脚掌，开展力学分析与计算。基于形状记忆合金的驱动特性及仿壁虎机器人的运动步态，设计了仿壁虎柔性脚掌的控制策略。最后分析了脚趾有无外翻动作脱附时的受力情况，实验测试了柔性脚趾的弯曲与外翻脱附性能，验证了仿壁虎柔性脚掌设计的有效性和可行性。