摘要：针对微流体流量测量难度大且精度不高的问题,本文基于压阻原理设计了一种悬臂梁结构的仿生纤毛微流量传感器。本文首先对比分析了现有热线式、压电式和压阻式微流量传感器的优缺点,基于压阻式传感器的应变与阻值之间呈现线性关系的优点,选择压阻应变原理设计微流量传感器;其次,通过有限元数值分析方法确定了微流量传感器最佳仿生纤毛的阵列规模、直径、高度和悬臂梁长度等参数;然后,采用微液滴限制电沉积(Meniscus Confined Electrodeposition,MCED)方法制备了仿生纤毛阵列,并制作了微流量传感器;最后,通过自主设计的实验装置进行验证,结果表明,该传感器可以对大于0.4 m/s的微流速进行灵敏感应并准确测量,且传感器对流体流速测量的非线性误差为2.84%。该仿生纤毛应变式流量传感器在微流量测量领域具有广泛的应用前景。

摘要：对软体机器人的无系留驱动方式探索是当前软体机器人领域一个重要的研究方向,但当前的无系留软体机器人驱动,大都需要交替改变环境条件来实现定向驱动,为此,本文提出一种能够在恒温环境下由湿度驱动的无系留软体轮式机器人,基于硫酸纸和Ecoflex⁃0030的温湿度效应形变机理,实现了对其在稳定的温度环境中定向滚动控制。将硅胶材料Ecoflex⁃0030涂布在硫酸纸上制成双层材料,基于该材料剪切而成的4个软体驱动叶片粘贴在滚轮上,通过在温、湿度环境下4个软体驱动叶片的可控形变,实现对轮式结构主动推进的控制。研究了硫酸纸的形变机理,给出了车轮叶片尺寸、驱动力矩的设计,并对机器人的动力学进行了建模分析,制作了实物样机并对其进行了滚动测试。实验表明:从给定驱动叶片初始状态,车轮在55 s内运动了约85 mm,进一步,通过将驱动叶片交错相位布置的两个驱动轮串联联接,制作成两轮驱动小车,验证了设计的可行性。该研究成果对设计新型温湿度控制的无系留软机器人和软机器的设计具有重要意义。

摘要：硫酸纸具有较好的湿度响应特性,研究了其变形机理,设计了智能结构,并将其应用于新型软机器的设计。首先,对硫酸纸的微观结构以及力学性能进行了表征分析,表明其纸平面具有各向异性,可实现卷曲、螺旋等运动模式,给出其变形机理;设计了一款可自折叠立方体智能结构,并通过有限元分析与实验相结合验证了其可行性;其次,提出了基于智能纸张的软驱动器,并应用于水下自适应软体抓手设计,其无需外接细绳输入,依靠湿度环境就可以实现运动控制,且最大可提升比自身重45倍的物体;最后,带式蠕动机器人可在稳定的环境下实现连续性运动,速度可达到每秒0.06倍体长。该智能材料在软机器领域具有良好的应用前景。

摘要：微型涡喷发动机离心情况下的无叶扩压器长度范围是半径比在1.05~1.2之间,但是斜流情况下还要考虑气体轴向方位流动的影响,因此离心情况下的半径比范围是不适应的。为了探究斜流压气机的无叶扩压器半径比范围以及对整级的性能影响,因此对斜流压气机、不同半径比的无叶扩压器和叶片扩压器进行数值仿真。结果表明:不同半径比无叶扩压器对性能有显著影响,无叶扩压段长度增加对整级等熵效率的影响先增大后减小。斜流下的无叶扩压器半径比无量纲范围在1.10~1.25之间。方案C与方案F相比,效率最高可以提升7.3%。

摘要：针对100公斤级涡喷发动机,为了提高斜流压气机性能,利用编码搭建的BP神经网络-遗传算法平台,对叶轮入口轮毂半径、叶轮叶片数、扩压器轴向长度和扩压器叶片数进行压气机级的多目标优化。结果表明:优化后的压气级总压比提高了3.2%,等熵效率提高了7.9%,工作稳定性大幅度提高;优化后的斜流压气机叶轮出口处的泄漏流得到明显的改善,扩压器转弯段逆压梯度和附面层影响减小。

摘要：微尺度聚合物熔体流动具有明显的尺度效应,模具温度和注射速率是微注塑充填流动的关键影响因素。文中采用微细电火花铣削技术设计分别制造了一模八腔的带有200μm和300μm微孔的注塑模具。以聚丙烯(PP)进行单因素充模流动工艺实验,研究了模具温度和注射速率对直径为200μm和300μm微圆柱充填高度影响规律。结果表明,当模具温度为30℃和注射速率为60%时,直径200μm微圆柱孔的充填高度小于直径300μm微圆柱孔的充填高度,且Ⅰ型腔的微圆柱充填高度大于Ⅱ的充填高度。随着模具温度升高和注射速率增加,2种微孔充填高度差在减小,Ⅰ型腔和Ⅱ型腔之间的充填高度差值也在减小。可见,升高模具温度和增加注射速率可以减少微尺度效应对微圆柱孔充填高度的影响,同时,还可以减小流动不平衡程度。

摘要：空间天线姿态调整过程中产生的微振动,对航天器指向精度和稳定性影响较大,因此其微振动分析与设计已成为高精度航天器设计的重要内容。基于Ansys软件和Admas软件,建立天线结构的多柔体系统动力学分析模型,分析典型驱动条件下天线结构的扰动力和扰动力矩,通过地面微振动物理试验,验证动力学分析方法的可靠性。基于天线多柔体系统动力学分析模型,探讨驱动模式、驱动转速对天线扰动力和扰动力矩的影响。结果表明:扰动力和力矩主要幅值集中在频率f=0~50 Hz的低频段;驱动模式和驱动转速对天线结构的扰动频率无明显影响,主要影响扰动力和扰动力矩的幅值;单轴驱动模式下,驱动转速n=0.2°/s时,天线的扰动最剧烈;XY双轴同时驱动时,X轴和Y轴转动单元引起的天线扰动产生一定程度的叠加,天线结构的扰动更为剧烈,扰动力和扰动力矩变化较为复杂。研究工作可为空间天线的微振动抑振策略制定提供技术支持。

摘要：布风板结构参数显著地影响着床层内部气固两相流流动特性,为了探究流化床干燥装置内油菜籽颗粒流化性能和空气流速脉动规律,明晰不同面板凸度、风帽开孔夹角和开口瓣数对风帽布风板布风性能的影响,提出布风板结构数的优化方案。以15.84%开孔率圆形非均匀布孔布风板为基础,根据Euler/Euler双流体模型和Standardk-ε湍流模型,采用ANSYS19.1中流体动力学分析模块Fluent软件对面板凸度(2 mm、5 mm和10 mm)、风帽开孔夹角(0°、5°和10°)和开口瓣数(四瓣、六瓣和八瓣)进行优化设计,并通过实验进行验证。结果表明:5 mm凸度球面板、四瓣风帽、5°开孔夹角布风板是油菜籽流化床干燥的最佳布风板。与平面布风板相比,凸形球面布风板的油菜籽分布均匀性好,其中凸度为5 mm球面板油菜籽平均体积分数方差(0.0073)最小,促使其与热空气接触均匀充分。5°风帽开孔夹角有利于颗粒运动呈现脉动流动,是油菜籽干燥布风板的最佳开孔夹角。风帽开口瓣数对油菜籽流化床干燥的布风性能影响不大,相对来说四瓣风帽开口瓣数能更好地均布空气流。通过实验对模拟结果进行验证,结果发现数值模拟与实验结果相吻合,验证了所优化的最佳布风板是合理可行的,该研究结果可为干燥设备设计提供理论依据,同时也为油菜籽流化床干燥效率提供理论支撑。

摘要：针对微流系统中液滴精确操控的问题,本文基于能量最低原理和正交实验设计,对比分析了交流电压、介电层厚度、交流电频率等因素对氯化钠液滴在派瑞林薄膜表面电润湿行为的影响。经理论分析与实验测试,结果表明:在同一厚度的派瑞林薄膜表面,接触角会随着交流电压的增加呈抛物线减小的变化趋势,直至趋于饱和;薄膜厚度在0.5~5μm范围内变化时,饱和电压会随着厚度的增加成线性关系逐渐升高,由25增至65 V;当交流电频率由50增至500 Hz时,饱和电压会随着频率的升高而呈反比例函数关系逐渐降低,不过升高交流电频率,氯化钠液滴的三相接触线处会诱发动力学失稳;而当氯化钠液滴的固有频率与交流电频率比较接近时,液滴会在派瑞林薄膜表面引起共振。

摘要：在大背景中微小目标的视觉检测中,传统的机器视觉系统按照预先设定的采样频率与固定的分辨率采集和处理图像,存在大量的冗余数据。为了有效去除冗余数据,基于人类视觉预注意机制设计了一种选择性成像机器视觉系统,将视觉处理过程划分为并行的预注意初级处理阶段与串行的高级处理阶段;同时模仿人类视觉注意机制,提出了一种基于视觉熵的视觉预注意算法;系统并行地获取并判断图像是否可疑,然后仅将少量可疑图像传送至主机串行的进行精细目标识别。试验结果表明,本系统显著地减少了图像处理的数据量,可疑图像识别算法快速有效,提高了系统检测效率和精度。为大背景中微小目标的机器视觉检测提供了一条新途径。