摘要：针对仿蝙蝠扑翼飞行器的纵向气动特性不稳定、易受扰动的问题,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)的姿态控制方法,实现了扑翼飞行器姿态的稳定与抗干扰控制。首先建立仿蝙蝠扑翼飞行器的动力学模型;进而在该模型基础上分析了扑翼飞行器的纵向稳定性;然后将系统的不确定部分与各种未知的外界扰动作为系统的总扰动,引入ESO模块对总扰动进行实时观测与跟踪;最后在原有的PID控制器中加入扰动补偿环节。数值仿真结果表明,基于ESO的控制算法对于仿蝙蝠扑翼飞行器的控制效果显著优于基于PID的控制方法,阶跃响应的调节时间加快41.27%,对系统输入的白噪声干扰波动峰值从6.02%降低到2.82%,正弦扰动的波动峰值从11.56%降低到3.22%。

摘要：基于大耳蝙蝠飞行时翅膀的飞行姿态和运动轨迹,对翅膀结构进行简化处理,模仿设计了一种二自由度的仿蝙蝠飞行器扑翼,能够实现上下扑动和收放动作。借助MATLAB/UG软件完成扑翼尺寸参数求解、结构三维建模、关键节点运动轨迹生成及上下扑动机构和收放机构的运动仿真分析。结果表明:节点角位移变化曲线连续不间断,未出现角度突变,不会造成瞬时冲击,翼尖关节之间运动不产生干涉,验证了扑翼运动的可行性,同时为后续优化设计提供理论依据。

摘要：扑翼机的飞行依赖于扑翼翼面的运动,经过优化的运动策略能够使特定翼面发挥最佳的气动性能。然而目前扑翼机设计中缺乏有效的运动参数优化方法,无法针对给定机翼确定一组最优运动参数。采用非定常涡格法(UVLM)计算扑翼气动力,与现有的实验数据进行对比,验证了气动力计算方法的准确性。基于DIRECT(矩形分割)全局优化算法,以最大化推进效率为特定优化目标,对扑翼运动参数进行了迭代优化。结果表明,通过该优化算法能够得到最优扑翼运动参数,有效提高特定气动性能;应用优化算法计算得到的平均推力与基准运动的平均推力相比,在数值上有1.04倍的提高。在设计过程中,降低气动力约束有利于扑翼运动优化,使给定扑翼翼面具有更大的推进效率,无气动力约束的最大推进效率与基准运动的推进效率相比提高了46.8%。

摘要：扑翼机具备仿鸟类的外形,能够隐蔽执行侦查监视任务,合理设计翼面形状和运动过程能够提升扑翼飞行气动效应。当前针对扑翼翼面设计问题,缺乏考虑流固耦合效应的优化设计研究,还未在设计阶段考虑改变柔性翼面形状对扑翼气动特性的影响,且现有研究只涉及对翼面形状或扑翼运动的单因素分析讨论,缺乏综合2种设计因素的优化设计。针对定速前飞的柔性扑翼翼面进行气动特性优化设计,采用Newmark-β方法求解结构响应,并与现成软件求解器的计算结果进行对比,验证结构动力学计算方法的准确性,用非定常涡格法(UVLM)计算扑翼气动力,搭建了高效的流固耦合计算框架。由于扑翼复杂设计空间具有多个局部最优点,采用与并行计算结合的细分矩形(DIRECT)全局优化算法,提高计算效率,对柔性扑翼翼面的形状和运动参数进行迭代优化,确定最大化推进效率的设计参数,并与刚性模型优化结果进行对比。结果表明:柔性扑翼翼面形状和运动优化设计能够获得更高的推进效率,与只采用形状优化相比最优推进效率提高了5.6%,比刚性模型优化结果提高了27.0%。

摘要：对气动力学建模精度的测试研究,有助于进一步设计仿鸟扑翼飞行控制器和对系统运动进行稳定性分析。传统各向同性气动力系数建模方法精度不足,很难用于仿鸟扑翼飞行器试验样机气动力性能的定量预报。通过对不同刚度弹性平板机翼气动力测试,对基于伪稳态气动理论的扑翼气动力建模精度进行了分析。基于飞行器机体位置固定条件下静态扑翼气动力的测试结果,将气动力解析计算模型的气动力系数进行修正,修正后的气动力系数考虑了弹性平板翼弦向刚度且展现出各向异性的特征。通过对试验样机进行拉杆动态飞行测试,验证了修正后扑翼气动力建模方法的精度和有效性。所述工作对开展仿鸟扑翼飞行器优化设计和加快试验样机改进具有参考价值。

摘要：为了研究仿生推进机理以及仿生机器人,弥补非自主推进的局限性,采用数值方法耦合求解流体动力与扑翼运动,建立扑翼-流体耦合的自主推进计算模型,K作为波形调节参数使波形由三角波变为正弦波以及方波,数值模拟了2个频率-升沉幅值组合下非正弦升沉运动的自主推进性能,研究在静水中不同运动波形对自主推进速度、自主推进效率以及流场结构的影响。结果表明非正弦波形对自主推进运动影响很大,随着K的增大即越接近方波,速度振荡越剧烈,起动加速越快,前进位移与平均速度越大;随着K的减小,自主推进效率及能量利用率不断增大,研究结果对仿生水下航行器的设计有一定指导意义。

摘要：昆虫通过高频扇翅可以产生很大的升力,相关的非定常空气动力学机理及理论逐渐被人们所认识。基于昆虫的仿生学设计了单个翅膀的扑翼机构,并利用自行设计的测力平台实现了对升力的测量。通过分析测力系统的动态特性及受激励后的响应,得到扑翼产生的周期升力。通过将试验数据与经验公式计算的结果进行比较,得到了升力与扑翼参数的关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。

摘要：针对仿生扑翼飞行器的驱动结构进行设计,提出了一种空间摇杆式的驱动机构与机翼扭转机构,实现机翼扑动过程中的"0"形空间运动轨迹.针对机翼的空间"0"字形运动,建立仿生飞行器气动分析模型,采用动网格与非定常数值计算方法,对机翼拍动过程中不同相位下的升阻特性进行分析,并通过空气动力效率与流场对比分析,得到不同参数条件下的气动效率,为仿生扑翼飞行器的设计及扑动模式的选择提供参考.通过气动力测量实验、台架姿态标定和外场飞行测试,验证了结构设计的合理性.

摘要：以NACA0006翼型为基准翼型,将其前缘部分更换为相对最大厚度较大的NACA0008、NACA0010、NACA0015和NACA0020翼型前缘部分,组成混合翼型.通过流体仿真软件Fluent14.5对基准翼型及混合翼型进行数值模拟计算,并分析扑翼运动的推进性能.结果表明:混合翼型相较于基准翼型对扑翼运动推力系数和推进效率有显著提高.

摘要：为提高扑翼飞行器的升力和推力以提高其飞行性能,运用生物扑翼的仿生原理,研究扑翼飞行器的扑翼升力和扑翼推力随扑翼刚度变化的机理。借鉴"变刚度关节机构和平面转动冗余并联机构通过调节张力改变刚度"这一机构学原理,运用变刚度关节机构相互串联实现扑翼在扑动方向上变刚度,同时运用平面转动冗余并联机构实现扑翼在扭转方向上变刚度。建立扑翼的扑动关节刚度和扭转机构刚度随预张力变化的模型,并通过实验和仿真验证扑翼扑动关节刚度和扭转机构刚度随预张力的变化。研究扑翼的升力和推力与扑翼刚度之间的关系,验证了通过调节扑翼刚度匹配其扑动频率可以提高扑翼的升力和推力。