扑翼飞行器非定常气动特性研究

为了研究复杂的非定常运动状态下扑翼飞行器翅翼的气动特性,针对自行研制的一种仿鸟扑翼飞行器建立了翅翼二维非定常空气动力学模型.基于该模型,通过用MATLAB编制计算升力系数和推力系数的程序,计算并分析了各运动参数对升力和推力特性的影响.结果表明,相位差对推力系数的影响较大,而升力系数随迎角的变化较快.     

基于仿生的大展弦比直机翼结构布局形式研究

为了探讨大展弦比直机翼的结构布局形式,借鉴自然界中的鱼骨和鸟羽毛以及树叶的叶脉形式,利用有限元分析与满应力优化作为设计手段,对三种不同的结构布局形式(A构型、B构型和常规构型)开展基于强度、刚度以及重量条件限制下的有关响应的对比研究.计算结果表明:在不同尺度的等重量条件限制下,"A构型"弯曲刚度最大,扭转刚度居中;"B构型"弯曲刚度居中,扭转刚度最小;"常规构型"弯曲刚度最小,扭转刚度最大.分析得出机翼的翼肋布置应该"适当的"倾斜.最后给出三点结论.     

尾缘锯齿结构的降噪物理机制实验

对比分析了常规尾缘翼型与锯齿尾缘翼型尾缘湍流流场的基本特征,并通过线阵列的方法测量了两种尾缘结构的噪声.结果表明:锯齿尾缘翼型尾缘湍流流场的湍流强度以及3个方向上的湍流强度都相比于常规尾缘翼型有显著减少,声场结果显示锯齿尾缘翼型对尾缘噪声有显著减小,对前缘噪声影响很小.锯齿结构加宽了尾迹区域并加快了大涡的破碎,产生了额外的马蹄涡,湍流脉动衰减率沿着流动方向变大.      

机械蝴蝶模型悬停飞行的流动显示实验

为了探索蝴蝶独特的外形及运动模式下蕴含的流动机理,与以往只考虑翅膀气动影响的拍动翼实验不同,我们开发了一种同时考虑身体及翅膀的机械系统用以模拟蝴蝶的悬停飞行,并采用染色液流动显示的方法对升力的主要来源——前缘涡进行了细致的观测。结果显示,在蝴蝶飞行的上下拍动过程中均有前缘涡产生,且不是以往观测到的螺旋或锥状结构,而是近似等直径的柱状联通形式,其明显特征为：在拍动加速阶段存在明显的展向流动,而在减速阶段则会出现破裂;另外,蝴蝶看似杂乱无章的运动实际上是一种自适应控制的结果,有助于提高升力。     

基于仿生的大展弦比机翼结构布局形式研究

为了探讨大展弦比直机翼的结构布局形式,本文借鉴自然界中的鱼骨与树叶的叶脉形式,利用有限元分析与满应力优化作为设计手段,对3种不同的结构布局形式(A构型、B构型和常规构型)开展基于强度、刚度以及质量条件限制下有关响应的对比研究。计算结果表明:在不同尺度的等质量条件限制下,“A构型”弯曲刚度最大,扭转刚度居中;“B构型”弯曲刚度居中,扭转刚度最小;“常规构型”弯曲刚度最小,扭转刚度最大。分析结果证明,机翼的翼肋布置应该“适当地”倾斜。最后给出3点结论。     

锯齿尾缘叶片气动特性和绕流流场的数值研究

以基于NACA 0018翼型的锯齿尾缘仿生叶片为研究对象,采用大涡模拟的方法研究锯齿相对齿宽与相对齿高对锯齿尾缘叶片的气动特性和非定常绕流流场的影响规律和机制.研究表明,尾缘锯齿参数对叶片气动性能的影响是复杂的非线性过程,在一定来流攻角范围内能提高升阻比,但失速提前.如在9.4°~14.8°来流攻角范围内,不同相对齿宽系列叶片的升阻比高于原始叶片,升阻比与锯齿相对齿宽之间没有线性关系.研究还表明,锯齿尾缘能延迟边界层分离,加速尾迹的流动掺混和能量扩散,改变非定常涡结构和涡脱落频率.相对齿高的变化对非定常流动特性的影响更为显著.尾缘锯齿诱导的二次湍流射流和吸力面侧反向涡对改变了原始叶片的绕翼环量,进而影响锯齿尾缘叶片的气动特性和绕流流场特性.      

翼身结合框结构仿生设计

相似是仿生的基础,全面系统地理解工程原型的功能需求和生物体各个层次的优异结构,准确把握生物体与工程原型的相似性,是结构仿生设计的关键.为减轻翼身结合框重量,分析了竹干与翼身结合框相似的承力性能,借鉴竹干的细观结构形状和排列方式,应用结构仿生原理设计了仿生翼身结合框.有限元分析结果表明,在保证结合框强度、刚度的前提下,仿生结构与原型相比重量可减轻2.1％.     

昆虫尺度微型仿生飞行器的研究

微型仿生飞行器的研究涉及仿生学原理、准稳态气动力和原理样机的研制等。概述了上海交通大学针对昆虫尺度的微型仿生飞行器的新颖的设计和加工方法。该方法确保了零部件空间位置的合理安排,从而减少了零部件的装配难度。具体来说,压电驱动器的设计考虑了电气隔离和装配问题;传动机构与机身整合成一个部件,避免了相互之间的装配。翅脉的纤维方向进行了合理的布置,使得翅膀拥有高强度和高刚度。最终,研制的压电驱动微型仿生飞行器重84mg,翼展35mm,在100Hz的拍打共振频率下可以产生±60°的拍打角度,能产生足够的升力实现起飞。     

空间可展开薄膜遮光罩设计与分析

对于觅音计划的光学系统而言,太阳光是其杂散光的首要来源,是影响成像质量的重要因素.通过将仿生技术和折纸理论相结合,完成光学系统的遮光罩设计.依据花朵开放过程,获取遮光罩的拓扑构型,完成遮光罩折展设计,并根据光学系统任务需求,优化遮光罩拓扑构型.采用底面为正六边形的拓扑构型时,遮光罩的折展比为8,且折叠后的包络空间和卫星...     

基于蜻蜓膜翅结构的飞机加强框的仿生设计

由于机动性和能耗的要求,飞机设计过程当中轻量化设计是十分重要的。经过亿万年的进化,在承受自身重量及生长环境的载荷过程中,生物体获得了适应环境的最优结构。通过分析蜻蜓膜翅和飞机机身加强框的结构相似性,提取决定蜻蜓膜翅结构优良力学性能的结构特征,将其应用到飞机机身加强框的设计当中,并用有限元工具验证了结构的优化效果。在同样的承载条件下,仿生型结构的比刚度比原型结构提高了2%~6%,比强度提高了1%~8%。同时,仿生型结构的最大应力减小,而最小应力明显增大,因此其应力分布更加均匀,从而体现了仿生结构件材料的优化分布和最大效能。