可悬停仿生扑翼微型飞行器气动设计综述 被引量：2

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作者 程诚 陈隆 +1 位作者 张艳来 吴江浩 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第2期1-26,I0001,共27页

可悬停仿生扑翼微型飞行器以昆虫或蜂鸟为仿生对象,具有可悬停、气动效率高、隐蔽性强等特点,应用前景广阔。然而现有仿生扑翼微型飞行器的气动力和气动效率与生物对象仍有较大差距,影响了续航和负载能力,限制了其实际应用场景。本文综... 可悬停仿生扑翼微型飞行器以昆虫或蜂鸟为仿生对象,具有可悬停、气动效率高、隐蔽性强等特点,应用前景广阔。然而现有仿生扑翼微型飞行器的气动力和气动效率与生物对象仍有较大差距,影响了续航和负载能力,限制了其实际应用场景。本文综述了可悬停仿生扑翼微型飞行器的研究现状、气动分析方法、生物高升力机理及其应用,重点梳理了实现扑翼高升力、高气动效率、低噪声等的关键设计方案,并分析了这些设计参数对飞行器性能的影响规律。最后,展望了可悬停仿生扑翼微型飞行器气动设计的未来发展方向,为后续研究提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 扑翼微型飞行器 气动设计 仿生扑翼 空气动力学 可悬停飞行

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可悬停扑翼微型飞行器柔性仿生翼制备及其性能研究

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作者 盛世杰 吴江浩 +2 位作者 张艳来 王奕超 武荟怡 《航空制造技术》 2025年第22期60-67,87,共9页

本文针对可悬停扑翼微型飞行器的柔性仿生翼存在质量与惯量过大、扑动效率低、使用寿命短等问题,提出了一种基于复合材料的新型制备工艺。该工艺采用一种轻质耐撕裂的粗苯面料作为翼膜,结合碳纤维预浸料固化成型翼脉,通过激光切割、自... 本文针对可悬停扑翼微型飞行器的柔性仿生翼存在质量与惯量过大、扑动效率低、使用寿命短等问题,提出了一种基于复合材料的新型制备工艺。该工艺采用一种轻质耐撕裂的粗苯面料作为翼膜,结合碳纤维预浸料固化成型翼脉,通过激光切割、自粘接技术和标准化热固化流程,显著提升了仿生翼的综合性能。试验结果表明,与传统工艺相比,采用本文工艺制备的仿生翼质量减轻了53.6%,扑动效率提高约1~2 gf/W(提升幅度约40%),且在高频长时间扑动中未出现明显破损,使用寿命显著延长。同时,对比试验表明,具有简化翼脉与仿昆虫翼脉的柔性仿生翼,在气动性能上无显著差异,这为仿生翼的优化设计提供了新的思路。此外,飞行试验进一步验证了本文工艺仿生翼的实用性,为可悬停扑翼微型飞行器的性能提升和实用化奠定了基础。 展开更多

关键词 柔性扑翼 可悬停扑翼微型飞行器 制备工艺 仿生 气动性能

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微型扑翼飞行器仿生悬停原理研究 被引量：3

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作者 邵立民 宋笔锋 《机械设计》 CSCD 北大核心 2009年第1期56-58,共3页

根据现有微型扑翼飞行器悬停技术的不足,研究了基于蜂鸟扑翼运动的仿生翻转翼悬停方式,提出了实现该种悬停方式的运动机构和控制方式,为实现微型扑翼飞行器高效悬停飞行及有效控制提供了依据。

关键词 微型扑翼飞行器 仿生悬停 机翼驱动机构 悬停控制

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虚拟微型扑翼飞行器建模仿真 被引量：9

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作者 苟新禹 胡明朗 魏瑞轩 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第13期2877-2880,2912,共5页

针对扑翼飞行控制算法设计和验证需要,研究了扑翼飞行器数学建模和仿真系统建立问题。构造了一个虚拟微型扑翼飞行器(VFMAV:Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle),基于非定常空气动力学原理,用修正的准定常气动力计算模型估算出了... 针对扑翼飞行控制算法设计和验证需要,研究了扑翼飞行器数学建模和仿真系统建立问题。构造了一个虚拟微型扑翼飞行器(VFMAV:Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle),基于非定常空气动力学原理,用修正的准定常气动力计算模型估算出了翅膀扑动产生的高升力。分析惯性力的基础上建立了扑翼飞行器的状态空间方程,进而基于Matlab语言和Simulink环境设计了虚拟微型扑翼飞行器仿真系统(VFMAVS:Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle Simulator),并给出了相应的仿真结果。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 虚拟扑翼飞行器 扑翼飞行器建模 虚拟仿真系统

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微型扑翼飞行器机翼气动特性研究 被引量：8

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作者 杨淑利 宋文萍 +1 位作者 宋笔锋 邵立民 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期768-773,共6页

依据微型扑翼飞行器产生升力和推力的机理,设计了一套能够快速、有效求得扑翼飞行器机翼气动特性的计算方法。计算程序通过V isual Basic和Fortran语言混合编程来实现,核心部分是利用改进的片条理论方法估算扑翼机翼的气动性能。计算结... 依据微型扑翼飞行器产生升力和推力的机理,设计了一套能够快速、有效求得扑翼飞行器机翼气动特性的计算方法。计算程序通过V isual Basic和Fortran语言混合编程来实现,核心部分是利用改进的片条理论方法估算扑翼机翼的气动性能。计算结果与在西北工业大学微型飞行器专用风洞中所进行的吹风试验结果吻合良好,证明了该方法的正确性和有效性。在此基础上,研究了不同机翼平面形状、不同展弦比、不同上下扑时间比对微型扑翼飞行器机翼气动性能的影响,这些参数对微型飞行器的设计有一定的指导和参考意义。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 片条理论 机翼 风洞试验

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微型扑翼飞行器升力特性研究 被引量：6

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作者 张亚锋 宋笔锋 +1 位作者 袁昌盛 吉国明 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期519-522,共4页

为了对微型扑翼飞行器升力机理进行探索性研究,本文利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了扑动翼频率、风速、迎角、扑动翼弯度对其升力特性影响的研究。并且利用示波器对扑动翼扑动相位角和产生升力大小之间的关系进行了研究。试... 为了对微型扑翼飞行器升力机理进行探索性研究,本文利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了扑动翼频率、风速、迎角、扑动翼弯度对其升力特性影响的研究。并且利用示波器对扑动翼扑动相位角和产生升力大小之间的关系进行了研究。试验结果表明升力特性的研究为微型扑翼飞行器总体设计和气动布局设计提供了一定的工程指导。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 升力特性 扑动翼 风洞试验

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基于模糊评判与优化的微型扑翼飞行器扑动机构综合设计方法 被引量：5

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作者 邵立民 宋笔锋 李为吉 《机械设计》 CSCD 北大核心 2007年第9期28-32,共5页

针对微型扑翼飞行器曲柄摇臂扑动机构,提出了影响扑动机构综合性能的6项关键影响因素,利用模糊评判方法对多种曲柄摇臂扑动机构方案进行优选,并对获选方案进行优化设计,在此基础上形成了微型扑翼飞行器扑动机构综合设计方法。样机研制... 针对微型扑翼飞行器曲柄摇臂扑动机构,提出了影响扑动机构综合性能的6项关键影响因素,利用模糊评判方法对多种曲柄摇臂扑动机构方案进行优选,并对获选方案进行优化设计,在此基础上形成了微型扑翼飞行器扑动机构综合设计方法。样机研制和外场试飞证明了文中方法对提高扑动机构综合性能是有效的。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 扑动机构 模糊评判 优化设计

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微型扑翼飞行器机翼纵向力矩特性风洞试验研究 被引量：2

8

作者 熊超 宋笔锋 +2 位作者 袁昌盛 邵立民 张亚锋 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期733-736,共4页

为了对微型扑翼飞行器机翼的纵向力矩特性进行研究,利用微型飞行器专用风洞对微型扑翼飞行器机翼进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对机翼的纵向力矩特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器机翼纵向力矩... 为了对微型扑翼飞行器机翼的纵向力矩特性进行研究,利用微型飞行器专用风洞对微型扑翼飞行器机翼进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对机翼的纵向力矩特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器机翼纵向力矩特性的基本规律,为进一步研究微型扑翼飞行器的稳定性和操纵性打下了基础,同时也为微型扑翼飞行器的总体设计提供参考。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 机翼 纵向力矩特性 风洞试验

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微型飞行器低雷诺数矩形扑翼非定常气动特性的数值模拟 被引量：3

9

作者 宋书恒 朱国林 张树海 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2008年第2期239-245,共7页

采用双时间步方法求解三维可压缩非定常N-S方程,数值模拟了微型飞行器低雷诺数矩形扑翼的非定常绕流,首先将得到的结果与文献进行了对比,数据间具有较好的一致性。然后针对不同的展弦比、减缩频率及初始攻角,计算了矩形扑翼的非定常气... 采用双时间步方法求解三维可压缩非定常N-S方程,数值模拟了微型飞行器低雷诺数矩形扑翼的非定常绕流,首先将得到的结果与文献进行了对比,数据间具有较好的一致性。然后针对不同的展弦比、减缩频率及初始攻角,计算了矩形扑翼的非定常气动特性及表面流态和动态压力分布,并分析了翼尖涡对扑翼非定常气动特性的影响。 展开更多

关键词 微型飞行器 矩形扑翼 低雷诺数 非定常气动特性 翼尖涡

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一类微型扑翼飞行器的滑模自适应姿态控制 被引量：8

10

作者 李航 何广平 毕富国 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第5期81-88,共8页

针对微型扑翼飞行器这类非线性时变系统,基于李雅普诺夫稳定性理论提出了滑模自适应控制算法,应对系统中的不确定性和抑制扰动,完成飞行器悬停阶段调整方位的姿态控制.在高频的扑翼状态下,系统模型利用摄动理论中的平均化法进行近似时... 针对微型扑翼飞行器这类非线性时变系统,基于李雅普诺夫稳定性理论提出了滑模自适应控制算法,应对系统中的不确定性和抑制扰动,完成飞行器悬停阶段调整方位的姿态控制.在高频的扑翼状态下,系统模型利用摄动理论中的平均化法进行近似时不变处理.控制器的设计以滑模控制为主体,滑模面利用误差角三角函数和体角速度构造,来避免不必要的偏航控制,同时结合自适应控制方法,实时逼近无法准确计算的惯性张量和干扰力矩,缓解传统滑模控制中开关函数所带来的抖振问题.Simulink仿真结果表明,滑模自适应控制算法优于传统滑模控制,在正弦干扰气流的影响中有良好的鲁棒性,以此验证了算法的可行性. 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 平均化法 姿态控制 滑模自适应 鲁棒性

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微型扑翼飞行器驱动系统工程设计方法 被引量：2

11

作者 王利光 宋笔锋 +1 位作者 付鹏 安伟刚 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第8期34-37,共4页

以微型扑翼飞行器研制为背景,从系统的角度提出了一种仿生扑翼驱动系统的工程设计方法。根据仿生尺度率原理,对微型扑翼飞行器的总体参数进行了初步设计,提出了驱动系统的设计目标。进行了扑动翼风洞实验,以实际能达到的飞行状态为标准... 以微型扑翼飞行器研制为背景,从系统的角度提出了一种仿生扑翼驱动系统的工程设计方法。根据仿生尺度率原理,对微型扑翼飞行器的总体参数进行了初步设计,提出了驱动系统的设计目标。进行了扑动翼风洞实验,以实际能达到的飞行状态为标准对实验数据进行分析处理,获得了扑动参数的可行范围和功耗需求。对微型无刷电机进行了工作特性测试,得到了电机转速、转矩、输出功率、效率等的拟合关系。综合考虑扑动参数可行范围、功耗需求和电机特性等多个因素,对驱动系统的减速比分配、减速器优化和四连杆扑动机构计算等方面进行了设计,得到了具有良好系统匹配性能的微型扑翼驱动系统,并通过样机研制和飞行实验证明了设计方法的有效性与可行性。所得研究结论对微型扑翼飞行器的工程设计和研制有一定指导意义。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 总体设计 风洞实验 扑动机构

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扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制(英文) 被引量：3

12

作者 史小平 段洪君 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第19期4499-4503,共5页

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新颖的非线性H∞控制方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、时变参数以及各种干扰。为此提出了一种全局非线性H∞控制策略,系统控制综... 给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新颖的非线性H∞控制方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、时变参数以及各种干扰。为此提出了一种全局非线性H∞控制策略,系统控制综合是基于李亚普诺夫理论而非求解HJI偏微分方程。该方法克服了时变参数及未知干扰对系统的影响。证明了控制器的全局渐进稳定性并将其用于扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制系统的仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 扑翼 微型飞行器 非线性H∞控制 姿态控制 仿真

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扑翼微型飞行器的动力学建模 被引量：3

13

作者 史小平 段洪君 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期1196-1198,共3页

对鸟和昆虫的飞行机理进行了有价值的探讨,并对扑翼式微型飞行器机体动力学和机翼空气动力学进行了详细的分析。由此分析得出结论:机体所受外力为空气动力、自身重力和机翼作用于机体的驱动力,而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所... 对鸟和昆虫的飞行机理进行了有价值的探讨,并对扑翼式微型飞行器机体动力学和机翼空气动力学进行了详细的分析。由此分析得出结论:机体所受外力为空气动力、自身重力和机翼作用于机体的驱动力,而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所产生的机体驱动力就是由瞬时平移力和旋转循环力合成的瞬时空气动力,从而得出了相应的参数方程以及整机动力学模型。对所建模型的仿真结果表明,只要合理选择参数,各种飞行过程能得到很好的模拟。 展开更多

关键词 扑翼 微型飞行器 空气动力学 动力学模型 仿真

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微型仿生扑翼飞行器的尺度效应分析 被引量：1

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作者 王姝歆 周建华 颜景平 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期807-810,共4页

微型仿生扑翼飞行器是一种新概念的微型飞行器。但它不是对传统飞行器的简单几何缩小,当其特征尺度缩小到一定尺度时,系统内各种因素的相对影响将产生质的变化。针对微型仿生扑翼飞行器的机械扑翼系统,包括微驱动器、仿生翅、运动系统... 微型仿生扑翼飞行器是一种新概念的微型飞行器。但它不是对传统飞行器的简单几何缩小,当其特征尺度缩小到一定尺度时,系统内各种因素的相对影响将产生质的变化。针对微型仿生扑翼飞行器的机械扑翼系统,包括微驱动器、仿生翅、运动系统和动力源等,本文进行了尺度效应分析。分析结果表明,当尺寸减小时,仿生飞行更容易实现:通过共振能实现高频运动,微静电、电磁和压电驱动器都能满足扑翼系统功率需求。这为设计和研制微型仿生扑翼飞行器提供了理论依据。 展开更多

关键词 微型仿生扑翼飞行器 尺度效应 扑翼系统 微型飞行器

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一种扑翼微型飞行器驱动机构速度波动研究 被引量：2

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作者 朱保利 昂海松 张绪坤 《中国科学院研究生院学报》 CAS CSCD 2007年第4期516-519,共4页

扑翼驱动系统运转时,由于惯性和气动阻力矩的变化将引起系统速度的周期性波动,从而影响驱动效率和气动性能,因此速度波动的分析是研究扑翼微型飞行器动力学中的一个重要研究方向.基于拉格朗日方程,对一种常用的扑翼机构,建立了动力学方... 扑翼驱动系统运转时,由于惯性和气动阻力矩的变化将引起系统速度的周期性波动,从而影响驱动效率和气动性能,因此速度波动的分析是研究扑翼微型飞行器动力学中的一个重要研究方向.基于拉格朗日方程,对一种常用的扑翼机构,建立了动力学方程,并求解其真实运动规律,进而为扑翼微型飞行器研究提供理论基础. 展开更多

关键词 扑翼微型飞行器 驱动机构 速度波动 仿真

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仿生微型扑翼飞行器飞行性能计算与分析 被引量：1

16

作者 杨文青 宋笔锋 高广林 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期636-643,共8页

仿生微型扑翼飞行器是近年来国内外的研究热点,飞行性能计算是飞行器总体设计过程中的重要步骤。首先分析了扑翼飞行器与常规固定翼飞行器在性能估算方法方面的不同之处,基于扑翼气动计算与风洞实验测量的结果,提出了扑翼飞行器性能计... 仿生微型扑翼飞行器是近年来国内外的研究热点,飞行性能计算是飞行器总体设计过程中的重要步骤。首先分析了扑翼飞行器与常规固定翼飞行器在性能估算方法方面的不同之处,基于扑翼气动计算与风洞实验测量的结果,提出了扑翼飞行器性能计算方法,并对所研制的扑翼飞行器的平飞性能、爬升性能、续航性能进行了计算与分析。扑翼的频率在一定程度上代表油门,而频率和升力、推力均是耦合的关系。计算结果表明,在一定频率下,可能存在2种稳定巡航状态,一种是小迎角大速度,一种是大迎角小速度,两者对应不同的功耗。根据飞行器的参数可以计算出上升性能和续航性能,扑翼飞行器的速度功率特性曲线为U字形,通过作图法可求得曲线的最小斜率为远航速度,U形曲线的速度最小值为久航速度。该飞行性能计算方法可用于评估仿生扑翼飞行器的飞行能力。 展开更多

关键词 仿生 扑翼 微型飞行器 总体设计 飞行性能计算

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扑翼微型飞行器自适应鲁棒姿态控制(英文) 被引量：1

17

作者 段洪君 史小平 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1745-1748,共4页

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种自适应鲁棒控制的新方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制器的设计极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、不确定性、多变量参数耦合以及各种干扰。由于自适应鲁棒控制不依赖... 给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种自适应鲁棒控制的新方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制器的设计极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、不确定性、多变量参数耦合以及各种干扰。由于自适应鲁棒控制不依赖系统的精确数学模型,所以将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,对其分别设计直接反馈控制器、自适应控制器和鲁棒控制器,并用李亚普诺夫定理分析了系统的稳定性。仿真结果证实了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 扑翼 微型飞行器 自适应鲁棒控制 姿态控制 非线性

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微型扑翼飞行器气动机理风洞试验研究 被引量：3

18

作者 熊超 宋笔锋 《科学技术与工程》 2007年第11期2576-2580,共5页

为了对微型扑翼飞行器的气动机理进行研究,利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对微型扑翼飞行器气动特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器气动特性的基本规律,为进一... 为了对微型扑翼飞行器的气动机理进行研究,利用西北工业大学微型飞行器专用风洞进行了一系列吹风试验。试验中研究了迎角、扑动频率、风速对微型扑翼飞行器气动特性的影响。通过试验得到了关于微型扑翼飞行器气动特性的基本规律,为进一步研究微型扑翼飞行器的气动机理打下了基础,同时也可以为微型扑翼飞行器总体设计提供参考。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 气动特性 风洞试验

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微型扑翼飞行器气动力估算方法研究 被引量：1

19

作者 符冰 侯宇 《航空兵器》 2006年第5期7-11,共5页

微型扑翼飞行器是国际上的一个新的研究热点,但目前基于低雷诺数的非定常扑翼气动特性尚无精确的计算方法。本文在分析鸟类和昆虫飞行机理的基础上提出了一种新的计算扑翼飞行气动力的方法,这种方法原理简单,计算量不大,易于工程实现,... 微型扑翼飞行器是国际上的一个新的研究热点,但目前基于低雷诺数的非定常扑翼气动特性尚无精确的计算方法。本文在分析鸟类和昆虫飞行机理的基础上提出了一种新的计算扑翼飞行气动力的方法,这种方法原理简单,计算量不大,易于工程实现,为扑翼飞行器的设计、制作、应用提供了一定的理论依据。 展开更多

关键词 微型扑翼飞行器 扑翼模型 气动力计算

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前后双扑翼微型飞行器推力研究

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作者 周新春 昂海松 肖天航 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期460-464,共5页

为探讨前后双扑翼微型飞行器产生推力的机理和变化规律,通过在动态网格上求解Navier-Stokes方程,对前后双扑翼在不同水平距离、相位角、扑动频率和来流攻角下推力的变化进行了数值模拟和分析。总结出推力随各参数变化的规律,为前后双扑... 为探讨前后双扑翼微型飞行器产生推力的机理和变化规律,通过在动态网格上求解Navier-Stokes方程,对前后双扑翼在不同水平距离、相位角、扑动频率和来流攻角下推力的变化进行了数值模拟和分析。总结出推力随各参数变化的规律,为前后双扑翼微型飞行器的设计提供了参考依据。 展开更多

关键词 微型飞行器 前后双扑翼 计算流体力学 推力

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