检索结果-内蒙古大学图书馆

空气动力学学报 2007年第1期25卷 125-131,136页

作者：左德参彭松林张卫平陈文元上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室上海200030

采用数值方法求解三维非定常不可压缩的N-S方程,生成了相应的扑翼微飞行器的三维动网格;模拟了扑翼微飞行器在不同频率、不同攻角、不同振幅、不同飞行速度、不同的翅膀初始位置下的非稳态流场;计算了扑翼微飞行器在不同运动模态下的升... 详细信息

采用数值方法求解三维非定常不可压缩的N-S方程,生成了相应的扑翼微飞行器的三维动网格;模拟了扑翼微飞行器在不同频率、不同攻角、不同振幅、不同飞行速度、不同的翅膀初始位置下的非稳态流场;计算了扑翼微飞行器在不同运动模态下的升阻力系数;分析了影响扑翼微飞行器空气动力学的特性的不同因素;为扑翼微飞行器的飞行机制和建造提供了理论依据。

关键词：数值模拟扑翼微飞行器动网格低雷诺数

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扑翼微飞行器紫外激光加工技术

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半导体光电 2015年第4期36卷 657-660,666页

作者：张伟张卫平柯希俊邹阳柴双双叶以楠上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室上海200240

为了实现微米尺度扑翼微飞行器的加工,运用了加工材料范围广的紫外激光切割技术,以及碳纤维预浸料的真空袋高温高压固化工艺,通过合理安排工艺流程,实现了一种适于微米尺度复杂机械结构、可采用材料广泛且可以小批量快速加工的加工技术... 详细信息

为了实现微米尺度扑翼微飞行器的加工,运用了加工材料范围广的紫外激光切割技术,以及碳纤维预浸料的真空袋高温高压固化工艺,通过合理安排工艺流程,实现了一种适于微米尺度复杂机械结构、可采用材料广泛且可以小批量快速加工的加工技术。并将其应用于扑翼微飞行器的加工,得到了一个翼展3cm,最小尺寸为80μm的飞行器样机。

关键词：紫外激光非硅微加工碳纤维加工扑翼微飞行器

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基于智能复合微结构的亚手掌尺度压电双驱扑翼微飞行器的研究

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压电与声光 2020年第3期42卷 326-329页

作者：魏铭辰张卫平王晨阳赵佳欣孟冉上海交通大学微米/纳米加工技术国家级重点实验室电子信息与电气工程学院微纳电子学系上海200240

该文设计、制作和研究了一种亚手掌尺度的双驱扑翼微飞行器。飞行器主要采用多层平面材料的智能复合微结构(SCM)加工工艺进行加工。装配得到的样机整机质量为244 mg,翼展61 mm。对样机的压电驱动器性能进行了测试。测试结果表明,压电驱... 详细信息

该文设计、制作和研究了一种亚手掌尺度的双驱扑翼微飞行器。飞行器主要采用多层平面材料的智能复合微结构(SCM)加工工艺进行加工。装配得到的样机整机质量为244 mg,翼展61 mm。对样机的压电驱动器性能进行了测试。测试结果表明,压电驱动器空载共振频率约为1100 Hz,负载共振频率约为28 Hz;对样机进行了升力测试,得到样机的升力为0.689 mN。

关键词：扑翼微飞行器智能复合微结构传动机构激光切割双压电驱动器

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基于曲柄摇杆机构的扑翼微飞行器的研究

基于曲柄摇杆机构的扑翼微飞行器的研究

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作者：彭松林上海交通大学

学位级别：博士

自从微飞行器的概念提出后,微飞行器的研究就已成为前沿课题,并因其巨大的军用和民用优势吸引了世界上众多的研究者。目前,扑翼微飞行器已成为微飞行器研究领域的热点,研究中需要解决的问题很多,涉及的学科和领域也很宽泛。本文针对基... 详细信息

自从微飞行器的概念提出后,微飞行器的研究就已成为前沿课题,并因其巨大的军用和民用优势吸引了世界上众多的研究者。目前,扑翼微飞行器已成为微飞行器研究领域的热点,研究中需要解决的问题很多,涉及的学科和领域也很宽泛。本文针对基于曲柄摇杆机构的扑翼飞行器进行了细致的研究,主要内容集中在扑翼机构的设计制造,机构的优化,风洞实验以及翅脉研究几个方面。全文主要研究内容和结论如下: 给出了扑翼机构中曲柄摇杆的限制条件,经过计算及初步优化后,确定了实际扑翼机构的参数;利用UG建立了扑翼机构的各个零部件并虚拟装配成扑翼机构,并对其进行了运动学仿真验证,实际制造的扑翼机构各零部件经装配调试也运行良好。为了提高扑翼机构的性能,建立了扑翼机构的MATLAB和ADAMS联合仿真模型。利用该模型对电机参数以及扑翼机构结构（减速比和曲柄摇杆参数）单一变化对扑翼机构扑动频率的影响进行了详细的研究,明晰了这些变化对扑翼机构扑动频率的影响,指出了用于扑翼机构的直流微电机的选取原则,并获得了相对最优的结构参数和确定了扑翼机构中曲柄摇杆参数最重要的指标是L3/L1（摇杆与曲柄长度比）。随后对扑翼机构底座固定产生的支座反力进行了详细的研究,指出虽然增加L3或是减小L1都可以达到增大L3/L1的目的,但通过改变L1来实现要更好一些,因为改变L1相较改变L3可以使得扑翼机构最终产生更小的支座反力。运用MATLAB和ADAMS仿真模型对刚性翅脉的形貌、材料属性和初始安装角度的改变进行了一系列的仿真和分析。（1）发现翅脉展长、展向截面积对扑翼机构性能的影响显著,而翅脉的弦长、翅脉梁之间角度的变化、翅脉初始安装角的变化对扑翼机构性能的影响很小,翅脉材料的变化对对扑翼机构性能的影响与其密度的改变大小有关。（2）综合分析各种翅脉变化导致的翅脉本身物理量的变化趋势及其对扑翼机构性能的影响变化趋势,发现表征翅脉共性的量只有翅脉的转动惯量Izz;并且不论翅脉如何变化,其转动惯量Izz变化趋势始终与扑翼机构扑动频率的变化趋势相反,两者的关系虽然很接近线性反比例关系,但实际上并不是线性的。因此翅脉的各种改变导致扑翼机构性能出现非常类似现象的共同原因和控制量是翅脉转动惯量Izz。除此之外,在初始安装角不为零时翅脉受的惯性力出现了异常,其原因在于惯性力的x和y方向分量均在最后附加了与翅脉运动方向相关的一项。（3）对翅脉各个因素在整个翅膀中的作用进行了探讨,指明了在实验中要排除惯性力的影响的准确方法是保持测量对象与替代物之间的质量、质量中心、角速度以及角加速度完全相同。另外也指出了小角度的调节翅脉梁之间的角度时,其惯性力基本上变化极小,但空气动力性能则可能有很大的改善。提出翅膀的设计思路在于充分利用这一特点,在尽量使翅脉结构的转动惯量最小的设计中,通过梁的小角度调节来寻找到其中空气动力性能最优最符合飞行物要求的那一种翅膀或是翅脉构造。最后对翅脉仿真进行了相应的实验及有关文献资料的验证。为了了解实际制作的扑翼微飞行器气动性能,对其进行了PIV（Particle Image Velocimetry）风洞实验。采用延迟拍摄方法观察到了一个扑动周期内前缘涡的形成发展过程。采用外部触发拍摄方法对变扑动频率、变来流速度和变展现位置3个方面进行了研究,了解了其各自变化对周围流场的影响。

关键词：扑翼微飞行器曲柄摇杆机构联合仿真翅脉转动惯量惯性力

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面向扑翼微飞行器的多自由度力与力矩测试技术研究

面向扑翼微飞行器的多自由度力与力矩测试技术研究

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作者：孟冉上海交通大学

学位级别：硕士

毫克级扑翼微飞行器因尺寸微小、灵活机动,可以完成大型飞行器无法完成的任务而具有广阔的应用前景。其基于高频拍翅的升力机制具有振动非线性、多自由度力和力矩耦合等特征,有效升力/力矩为mN/μNm量级,难以用现有力/力矩传感器准确测... 详细信息

毫克级扑翼微飞行器因尺寸微小、灵活机动,可以完成大型飞行器无法完成的任务而具有广阔的应用前景。其基于高频拍翅的升力机制具有振动非线性、多自由度力和力矩耦合等特征,有效升力/力矩为mN/μNm量级,难以用现有力/力矩传感器准确测量,给扑翼微飞行器的测试与控制带来一定的困难。为了解决这一问题,本文设计了面向毫克级扑翼微飞行器的多自由度力-力矩测试系统,该测试系统可以同时测量毫克级扑翼微飞行器所产生的力和力矩,通过实验测试验证了该测试技术的可行性。首先,本文总结对比了国内外相关测试技术的发展水平,在研究扑翼微飞行器的多自由度力与力矩产生原理的基础上,提出了基于对称十字梁柔顺机构的力-力矩传感器理论模型,并开展了误差分析。然后,通过选择合适材料和结构参数实现了该力-力矩传感器原型样机的结构设计、仿真验证、加工装配和标定测试。原型样机可同时测量力和力矩,验证了理论模型的可行性。然而该样机过于精简的设计,导致其力矩测量灵敏度较低、装配误差大、系统调试困难。针对这一问题,本文基于多层材料叠合、平面一体化成型工艺对传感器进行了进一步优化。优化后的力-力矩传感器由多层材料经过真空叠合和激光切割工艺同步一次成型,结构参数设计更为灵活,实现了力矩灵敏度可调;采用柔性铰链限位结构实现了力-力矩传感器镜像装配工艺,并采用FPC工艺实现电极导通,提升了装配精度;通过引入压电微动复合梁结构实现了传感器结构位置的微调,降低了系统调试的复杂度。最后,通过搭建扑翼微飞行器力-力矩测试系统,本文对传感器原型样机和优化后的样机进行了性能对比。原型样机的测力灵敏度为0.32μm/mN,测力矩灵敏度为0.13μm/μNm,系统带宽504.40Hz。优化后样机的压电微动梁调整灵敏度为24.69nm/V,实现了系统结构和位置的微调,二者均能满足毫克级扑翼微飞行器升力和力矩的测量要求。通过搭载一类毫克级扑翼微飞行器,利用该力-力矩测试系统对飞行器产生的升力和多自由度控制力矩进行了测量,验证了扑翼微飞行器多自由度力与力矩的产生机制。本文着力解决毫克级扑翼微飞行器同时测力和力矩困难的问题,提出了一类基于结构-电路平面一体化工艺、镜像对称装配工艺及压电微动梁系统调整方法的多自由度力和力矩测试系统,为今后的扑翼微飞行器高精度测试和可控飞行提供参考。

关键词：力-力矩传感器扑翼微飞行器测试技术平面一体化工艺

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亚手掌尺度双驱扑翼微飞行器的关键技术研究

亚手掌尺度双驱扑翼微飞行器的关键技术研究

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作者：魏铭辰上海交通大学

学位级别：硕士

轻量化、微小型化的飞行器在民用及军用领域有着越来越多的应用价值。亚手掌尺度的扑翼微飞行器具有隐蔽性好、机动性高、便于单兵携带及操作等优点,能够实现常规飞行器难以完成的工作。扑翼微飞行器结构小、质量轻,对零部件设计制造、... 详细信息

轻量化、微小型化的飞行器在民用及军用领域有着越来越多的应用价值。亚手掌尺度的扑翼微飞行器具有隐蔽性好、机动性高、便于单兵携带及操作等优点,能够实现常规飞行器难以完成的工作。扑翼微飞行器结构小、质量轻,对零部件设计制造、各组件间配合关系设计、整机装配集成等提出了更高的要求。本文围绕亚手掌尺度双驱扑翼微飞行器的关键技术开展了以下工作:本文对扑翼微飞行器的结构参数进行了设计和优化。飞行器采用压电驱动器—柔性铰链球面四连杆传动机构—被动扭转铰链人工翅翼的整体布局,对压电驱动器运动规律、传动机构输入输出关系做出具体分析研究。采用参数化的方法优化传动机构的几何设计,该优化设计考虑了驱动器与传动机构间的匹配,以降低组件配合内应力,提高机械效率。从仿生学角度出发设计了翅翼的外部轮廓及翅脉分布,研究翅翼运动产生的气动升力、阻力及力矩的计算方法,探究不同驱动信号作用下翅翼运动对翅翼产生的气动升力和气动阻力的影响,得出双压电驱动器扑翼微飞行器姿态调节的力矩控制方案。本文基于紫外激光加工平面材料图形化工艺及多层材料压力叠合工艺制造了亚手掌尺度扑翼微飞行器,制造流程及具体工艺具有可行性。样机整机质量为244 mg,翼展61 mm。对样机的关键性能进行测试,扑翼微飞行器样机在驱动频率为30 Hz,驱动电压为275 V时测得样机升力为0.754 mN,最大翻滚力矩为6.21μNm,偏置电压50 V时测得扑翼微飞行器俯仰力矩为5.57μNm。本文为今后扑翼微飞行器实现自主飞行提供了设计优化及制造技术参考。

关键词：扑翼微飞行器压电驱动器微加工工艺力矩控制方案

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仿蝇类扑翼微飞行器传动系统的实验研究

仿蝇类扑翼微飞行器传动系统的实验研究

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作者：张福梁大连理工大学

学位级别：硕士

与固定翼和旋转翼微飞行器比,扑翼微飞行器有其不可替代的优越性,在军事、救灾等领域有广泛的应用前景,是近年来的一个新兴研究方向。扑翼微飞行器通常根据昆虫驱动翅膀拍动的仿生学原理设计,其设计的关键是,如何使扑翼微飞行器更接近... 详细信息

与固定翼和旋转翼微飞行器比,扑翼微飞行器有其不可替代的优越性,在军事、救灾等领域有广泛的应用前景,是近年来的一个新兴研究方向。扑翼微飞行器通常根据昆虫驱动翅膀拍动的仿生学原理设计,其设计的关键是,如何使扑翼微飞行器更接近自然界中扑翼昆虫的飞行能力。基于目前的研究基础,本论文围绕仿生扑翼微飞行器传动系统展开实验研究,其主要内容包括：确定扑翼微飞行器驱动器、机身、传动结构及扑翼材料的选取原则,选择碳纤维复合材料、聚酰亚胺胶带、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、微型电机等作为制造微飞行器模型所需的基本材料和部件。仿照双翅目蝇类昆虫驱动扑翼的拍动结构,设计出能够实现click双稳态非线性特性的扑翼微飞行器结构。使用微型电机,驱动曲柄连杆机构,进而带动柔性传动结构,使扑翼上下周期性拍动。通过对模型结构的特性分析,优化设计模型,确定扑翼微型飞行器的结构尺寸。拍摄扑翼微飞行器模型的扑翼拍动视频,利用Tracker软件分析出扑翼的拍动规律。通过微力材料试验机Instron MicroTester 5848,对飞行器模型的柔性传动结构施加准静态的载荷,测出仿生柔性传动结构的恢复力。通过设计的小型风洞实验,测出扑翼拍动的流场变化情况。通过对优化仿生扑翼微飞行器模型的实验结果表明,该设计方案通过柔性传动结构,在微飞行器扑翼拍动中实现了click的效果,使扑翼产生快速下拍的过程,有助于提高扑翼微飞行器的飞行性能。

关键词：扑翼微飞行器仿生传动系统 click机构

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电磁驱动扑翼微飞行器设计制造与优化

电磁驱动扑翼微飞行器设计制造与优化

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作者：楼星梁上海交通大学

学位级别：硕士

人类早在几百年前,便踏上了飞行器的设计之路,而扑翼微飞行器也已在多年前成为了世界各地研究的对象。然而至今为止,人类对微飞行器相关技术的掌握程度仍不理想。尽管有部分研究所成功地设计了能够自由飞行的微飞行器,但对比其与自然界... 详细信息

人类早在几百年前,便踏上了飞行器的设计之路,而扑翼微飞行器也已在多年前成为了世界各地研究的对象。然而至今为止,人类对微飞行器相关技术的掌握程度仍不理想。尽管有部分研究所成功地设计了能够自由飞行的微飞行器,但对比其与自然界昆虫鸟类等仍相差甚远,实际的飞行效率与理论上“最高的飞行效率”相比亦有相当的差距。由此可见,在扑翼飞行器领域仍然存在着不少值得我们研究的问题。针对上述问题,本文构思并设计了一款结构相对简单的电磁驱动式双驱扑翼微飞行器,并对其做出一系列优化。其中包括了理论上对空气动力学的力学分析优化与后期通过实验测试与分析后对控制信号的优化。本文首先对研究对象进行了概念设计。为了方便实验探究,基于自由度理论本文设计了一种结构简单,自由度高的电磁驱动式双驱扑翼微飞行器。并且基于空气动力学理论,计算分析了该系统简化为弹簧-质量-阻尼系统后弹簧部件的变化对整体飞行性能的影响,对微飞行器的本体做出优化。利用一系列自行设计的加工工艺,制造组装出整机后,通过自制实验平台对扑翼微飞行器的升力进行测试,并结合高速摄像机与三维重构技术对比观察升力与翅膀运动规律的关系,以此为依据调整输入参数,最终使用优化的参数编写悬飞控制程序,实现了扑翼微飞行器的悬飞高度控制。

关键词：机电一体化扑翼微飞行器空气动力学微加工工艺

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仿昆扑翼微飞行器电磁驱动电路设计与制造

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传感器与微系统 2019年第1期38卷 64-68页

作者：吴彬彬张卫平邹阳王晨阳孙浩陈畅微米/纳米加工技术重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室上海市北斗导航与位置服务重点实验室上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系上海200240

针对电磁驱动方式的仿昆扑翼微飞行器,设计了电磁线圈驱动电路,电路能够驱动微飞行器扑动双翼。驱动电路利用电池组和升压(BOOST)电路实现电路供电。研制了产生两路电压控制信号的最小系统板,能够在上位机在线实时控制输出信号的频率和... 详细信息

针对电磁驱动方式的仿昆扑翼微飞行器,设计了电磁线圈驱动电路,电路能够驱动微飞行器扑动双翼。驱动电路利用电池组和升压(BOOST)电路实现电路供电。研制了产生两路电压控制信号的最小系统板,能够在上位机在线实时控制输出信号的频率和幅值。电压控制信号通过电路后,电路输出稳定驱动电流,实现对仿昆扑翼微飞行器翅膀的控制。

关键词：扑翼微飞行器电磁驱动 BOOST电路劈裂信号

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扑翼微飞行器结构设计及其空气动力性能研究

扑翼微飞行器结构设计及其空气动力性能研究

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作者：舒宁合肥工业大学

学位级别：硕士

扑翼微飞行器是一种模仿自然界飞行鸟类依靠扑动翅膀产生飞行动力的新概念飞行机器人。由于其良好的隐蔽性和卓越的飞行性能,在国内外受到广泛的关注,无论是军用还是民用领域都有着广阔的应用前景。首先简要介绍了微型飞行器的定义、背... 详细信息

扑翼微飞行器是一种模仿自然界飞行鸟类依靠扑动翅膀产生飞行动力的新概念飞行机器人。由于其良好的隐蔽性和卓越的飞行性能,在国内外受到广泛的关注,无论是军用还是民用领域都有着广阔的应用前景。首先简要介绍了微型飞行器的定义、背景及分类,着重对微型扑翼飞行器的概况进行了介绍,包括扑翼微飞行器的发展历程,国内外样机研究现状,以及目前在研究设计扑翼微飞行器中的面临的技术难点。接着,着重分析了各研究机构研制的扑翼微飞行器,在详细研究了其驱动结构后,确立了双曲柄双摇杆的驱动结构,并对曲柄摇杆机构的原理进行了分析研究,给出了曲柄摇杆机构在扑翼中的限制条件。从鸟类的生理结构出发,系统分析了鸟类的飞行动作以及其产生高升力的机理。通过对现有两自由度扑翼机构的方案分析,确立了凸轮一导槽的扑翼扭转机构,并且引入了球形铰链结构,由此设计出一款新型的两自由度扑翼驱动结构。参照由尺度律所评估的扑翼相关参数,对飞行器的减速系统、翅翼和尾翼结构进行了的设计,利用UG建立了三维模型,并通过运动学仿真验证了扑翼机构可以良好的实现所需运动。利用CFD分析软件Fluent以及嵌入UDF和动网格技术对飞行器翅翼的气动力性能进行了数值模拟,分析比较了两自由度扑翼机构与单自由度扑翼机构对气动力性能的影响,结合实际参数,计算了微型扑翼飞行器做两自由度扑动时所受到的气动力。利用动力学分析软件ADAMS,将所计算得到的扑翼气动力样条函数加载到机翼上进行动力学仿真,分析比较一个扑动周期内各关键连接点的受力情况,为后续的样机制作提供理论依据。

关键词：扑翼微飞行器双曲柄双摇杆机构动网格两自由度动力学仿真

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