Topology optimization in lightweight design of a 3D-printed flapping-wing micro aerial vehicle

Topology optimization is an effective method to obtain a lightweight structure that meets the requirements of structural strength. Whether the optimization results meet the actual needs mainly depends on the accuracy of the material properties and the boundary conditions, especially for a tiny Flapping-wing Micro Aerial Vehicle (FMAV) transmission system manufactured by 3D printing. In this paper, experimental and numerical computation efforts were undertaken to gain a reliable topology optimization method for the bottom of the transmission system. First, the constitutive behavior of the ultraviolet (UV) curable resin used in fabrication was evaluated. Second, a numerical computation model describing further verified via experiments. Topology optimization modeling considering nonlinear factors, e.g. contact, friction and collision, was presented, and the optimization results were verified by both dynamic simulation and experiments. Finally, detailed discussions on different load cases and constraints were presented to clarify their effect on the optimization. Our methods and results presented in this paper may shed light on the lightweight design of a FMAV.     

民用飞机机翼副油箱静载荷计算

以亚音速、大展弦比的大中型民用飞机机翼挂装副油箱为研究对象,分析CCAR-25部中载荷计算的相关适航条款内容,考虑外挂物自身运动及机翼结构弹性变形对副油箱气动载荷的影响,给出了副油箱静载荷计算的过载—速度包线,高度—速度包线、载荷计算情况等,在工程应用成熟的《运输类飞机载荷计算程序包》基础上,采用亚音速稳态定常流升力线理论与风洞试验相结合的方法,将机翼简化为悬臂梁进行气动弹性修正,开展副油箱气动力弹性修正计算、惯性力计算、副油箱质量实时更新、包线筛选等功能模块的研究,通过工程应用其计算精度满足要求,形成了满足适航条款的副油箱静载荷计算方法,规范了副油箱静载荷的计算流程,拓展了《运输类飞机载荷计算程序包》的功能。     

基于MAV形变控制的鼓包装置几何分布优化

 提出了在微型飞行器(Micro Air Vehicle —MAV) 表面安装鼓包控制装置进行姿态控制的思路,针对某无尾MAV ,研究了单点鼓包凸起对气动力、气动力矩的敏度影响;以此为基础,选择了4 个鼓包控制组及相应候选控制点,利用遗传算法进行了气动、控制学科的并行优化,并对优化设计方案的控制响应特性进行了分析,表明方案可行。     

基于多学科综合的MAV鲁棒飞行控制器设计

气动、结构、推进和环境等学科设计参数变化与耦合对微型飞行器(MAV)性能影响明显，MAV飞行控制器设计应考虑这些因素。将MAV多学科模型集成在统一框架下，提出了基于各学科设计参数变化的线性化建模方法，研究了利用μ综合手段进行MAV飞行控制器设计的方法和步骤，并将此方法应用于某MAV纵向控制器的设计与评估中。     

空气中微细电火花沉积铜合金工艺方法

提出了一种在空气中将工具电极丝黄铜材料沉积到工件上的新工艺方法。实现该方法的基本条件为:(1)工具电极接脉冲电源正极;(2)在空气中放电;(3)窄脉宽配合宽脉间。通过大量实验对微细电火花沉积加工的工艺规律进行了系统深入的研究,得出各主要工艺参数对沉积工艺效果的影响规律。最终以黄铜电极丝为工具电极,在高速钢工件表面上沉积出直径为0.19 mm、高度为7.35 mm的微小圆柱体。利用SEM、能谱分析和X射线衍射及显微硬度测试等方法对沉积物进行分析,得出该沉积物的组织结构、化学成分和硬度等方面的基本性质,为进一步研究三维沉积加工奠定了基础。     

悬臂空心梁式加速度计的设计

分析证明:悬臂梁式加速度计的灵敏度与它的谐振频率的平方成反比。因此,欲展宽频带而保持灵敏度不变就很困难。利用应力集中的方法可以有效地解决这一问题。采用空心梁结构不仅能产生应力集中而且能减少梁的自身质量带来的影响,可以有效地展宽频带。文中给出了几种梁的刚度计算。     

微结构谐振传感器

阐述了频率输出的新型谐振传感器的发展方向之一——微型化。评价性地论述了热激励硅谐振压力传感器和热激励谐振膜质量流量传感器。重点讨论了热激励的原理,特点等。指出我国应对传感器的这一发展趋势给予足够的重视。     

Hexapod多自由度微激励系统的振动时域波形控制

摘要： Hexapod多自由度微激励系统常用于航天器有效载荷在轨微振动环境的模拟，但采用现有控制方法无法精确稳定跟踪低频正弦加速度，这是由于系统耦合度高、非线性在低频段较强，被控对象相位滞后过大造成的.针对此问题，基于传统离线迭代控制方法，提出一种复合超前校正、多倍频陷波滤波器的改进离线迭代控制方法.其中，离线迭代进行补偿控制，超前校正进一步补偿系统相位，多倍频陷波滤波器去除非线性干扰.跟踪低频定频正弦加速度的实验结果表明，对比传统离线迭代控制方法，改进方法收敛快、控制精度高；对比现有自适应正弦振动控制方法，改进方法将符合精度要求的加速度控制频带下限由14.5 Hz扩宽至8 Hz.实验结果验证了所提方法的有效性.     

微磁强计弱磁处理芯片设计与实现

为适应微纳卫星平台的应用需求、实现磁强计的微型化,针对巨磁阻抗(GMI)效应微磁强计的研制需求设计并研制了弱磁信号处理芯片.在分析GMI微磁强计构造的基础上,针对单机(微)小型化提出了弱磁信号处理电路芯片化的方案;结合空间应用特点,设计并实现了基于SOI CMOS工艺的弱磁信号处理芯片.实测结果表明:基于所研制的弱磁信号处理芯片不仅实现了磁强计的微型化、集成化,而且具有良好的弱磁测量性能.     

风扇/压气机周向模态识别中传感器角度偏差的影响

基于任意角度压缩感知(CS)方法分析了传感器安装角度偏差对风扇/压气机周向模态识别重构的影响,设计了一套自适应角度优化程序修正重构误差。利用数值试验探究了传感器角度偏差和数量对周向模态重构结果的影响,研究表明:当角度偏差等级为2.5%时,平均重构误差达到10%以上,若保证重构误差基本不变,将传感器数量从7个增加至25个,仅可以将角度偏差等级放宽至4%。而采用小生境微种群遗传算法进行自适应角度优化,在20 dB信噪比下,通过自适应角度优化可将角度偏差等级从2.5%放宽至10%,降低了传感器安装的精度要求。成功优化了一款冷却风扇在前三阶叶片通过频率下的主要周向声模态重构幅值。自适应角度优化算法有效提升了基于压缩感知的风扇/压气机周向模态重构可靠性。