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Study on the Vibration Reduction Characteristics of FWMAV Flexible Bionic Wings Mimicking the Hindwings of Trypoxylus dichotomus 被引量:2
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作者 Yongwei Yan Fa Song +4 位作者 Nuo Xu Haochen Zhu Hongxu Xing Shujun Zhang Jiyu Sun 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第5期2179-2193,共15页
Using the method of structural finite element topology optimization and analysis of the hindwings of Trypoxylus dichotomus,this work identified the main loading force transmission path and designed the initial structu... Using the method of structural finite element topology optimization and analysis of the hindwings of Trypoxylus dichotomus,this work identified the main loading force transmission path and designed the initial structure of a bionic flexible wing.A structural design scheme of the vibration damping unit was proposed,and the structural mechanics and modal vibration characteristics were simulated and analyzed.3D printing technology was used to manufacture the designed bionic wing skeleton,which was combined with two kinds of wing membrane materials.The Flapping Wing Micro-aerial Vehicle(FWMAV)transmission mechanism vibration characteristics were observed and analyzed by a high-speed digital camera.A triaxial force transducer was used to record the force vibration of the flexible bionic wing flapping in a wind tunnel.A wavelet processing method was used to process and analyze the force signal.The results showed that the force amplitude was more stable,the waveform roughness was the lowest,and the peak shaving phenomenon at the z-axis was the least obvious for the bionic flexible wing model that combined the topology-optimized bionic wing skeleton with a polyamide elastic membrane.This was determined to be the most suitable design scheme for the wings of FWMAVs. 展开更多
关键词 Vibration reduction characteristics bionic wings Flapping-wing micro-aerial vehicle(FWMAV) Beetle hindwings
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Dynamic Model and Motion Characteristics of an Underwater Glider with Manta-inspired Wings 被引量:2
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作者 Yaqiang Zhu Yuhong Liu +3 位作者 Lianhong Zhang Yanhui Wang Wendong Niu Cheng Huang 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2022年第1期1-15,共15页
An underwater glider with bionic wings controlled by two operating modes is proposed to perform a variety of marine exploration tasks.The system composition of the vehicle and the structural design of wings inspired b... An underwater glider with bionic wings controlled by two operating modes is proposed to perform a variety of marine exploration tasks.The system composition of the vehicle and the structural design of wings inspired by manta ray are presented.The bionic wings can keep outstretched or realize oscillating motions according to the operating modes of the vehicle.A universal dynamic model of the vehicle was derived from multibody theory.Gliding,sailing and steering motions were simulated based on the dynamic model to illustrate the dynamic behaviors of the vehicle under different types of propulsion techniques.The results obtained through simulated calculation are basically consistent with the experimental data,which indicate that the developed dynamic model is applicable to describe the motion characteristics of the vehicle.Experiments were conducted in coastal area to analyze the propulsive characteristics of the bionic wings and sea trials involving multifarious motions were carried out,the applicability of the vehicle in marine environment was verified. 展开更多
关键词 Underwater glider bionic wing Oscillatory propulsion Dynamic model
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扑翼飞行器的变幅飞行策略的设计与实现
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作者 张良 何修宇 +1 位作者 王者奇 贺威 《机器人》 北大核心 2025年第1期76-84,共9页
自然界的鸟类在面对不断变化的气流条件时,会主动调整翅膀的扑动幅度来提升飞行效率。本文模仿这一行为(变幅飞行)设计了扑翼飞行器,并提出了一种基于电机闭环控制的变幅飞行策略。首先考虑电机的动力学模型以及翅膀运动的动态特性,建... 自然界的鸟类在面对不断变化的气流条件时,会主动调整翅膀的扑动幅度来提升飞行效率。本文模仿这一行为(变幅飞行)设计了扑翼飞行器,并提出了一种基于电机闭环控制的变幅飞行策略。首先考虑电机的动力学模型以及翅膀运动的动态特性,建立翅膀扑动角度的闭环模型,设计控制器实现对翅膀扑动角度的精确控制。在此基础上,设计了包含滑翔飞行功能的变幅飞行策略,并通过数值仿真验证了策略的有效性。给出了一种适用于多种中大型扑翼飞行机器人的解决方案实现变幅飞行策略的实际应用,该方案以仿猎鹰扑翼飞行器作为基础平台,添加了采集翅膀扑动角度的传感器以及用于运行变幅飞行控制算法的Falcon 2.0飞控板。改进后平台总质量增加不到30 g。地面实验结果显示,翅膀可以在0.2 s内达到滑翔指定角度,也可以进行扑频在1~4 Hz的变幅飞行;地面转台实验表明该策略可以进一步提升气流利用效率,升力较传统周期扑动方式提升了14.7%。飞行试验表明,飞行器能够在0.5 s内实现稳定滑翔,也可进行频率2~3 Hz的变幅飞行,充分验证了所提出的变幅飞行策略的有效性。本文设计的变幅飞行策略提升了扑翼飞行器翅膀扑动的自由度,为扑翼飞行器的性能优化和实际应用提供了有效的解决方案。 展开更多
关键词 仿生扑翼飞行器 滑翔飞行 变幅飞行 电机控制
原文传递
基于XFlow的仿蝴蝶气动特性 被引量:1
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作者 饶小龙 来永斌 王龙 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第9期3680-3686,共7页
为了研究非定常飞行参数对仿蝴蝶气动特性的影响问题,以黑框蓝闪蝶作为研究对象,通过建立飞行动力学模型;依据飞行原理建立蝴蝶飞行时翅膀、躯干、地面的相对坐标,构建飞行过程中蝴蝶翅膀和躯干的运动学方程。结合蝴蝶飞行原理验证仿蝴... 为了研究非定常飞行参数对仿蝴蝶气动特性的影响问题,以黑框蓝闪蝶作为研究对象,通过建立飞行动力学模型;依据飞行原理建立蝴蝶飞行时翅膀、躯干、地面的相对坐标,构建飞行过程中蝴蝶翅膀和躯干的运动学方程。结合蝴蝶飞行原理验证仿蝴蝶气动特性,并在自然环境流场条件下研究仿蝴蝶扑动角和俯仰角改变对升力和阻力的影响,分析其飞行流场。结果表明:翻转角与升力之间存在正相关,与阻力无关;扑动角小于120°时与升力呈正相关,大于120°与升力呈负相关,扑动角与阻力呈负相关;下扑时翅膀前缘开始产生高压区,上扑时翅膀边缘开始产生高压区。研究结果为仿蝴蝶扑翼飞行器设计提供了控制参数和翅膀设计参考,为进一步优化仿生扑翼飞行提供科学依据。 展开更多
关键词 仿生扑翼 飞行参数 XFlow 流场模拟 气动力分析
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仿生外形多对翼水下滑翔机水动力性能研究 被引量:1
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作者 朱猛 刘健 +2 位作者 李国庆 冯战豪 余祖耀 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第8期100-106,共7页
本文提出一种新型仿生外形多对翼水下滑翔机设计方案,通过CFD仿真优选性能优异的主体型线和确定多对翼布置方案,达到降低航行阻力的目的。之后在仿生外形的基础上对滑翔翼的安装位置、后掠角和攻角等参数对滑翔机的水动力性能展开分析... 本文提出一种新型仿生外形多对翼水下滑翔机设计方案,通过CFD仿真优选性能优异的主体型线和确定多对翼布置方案,达到降低航行阻力的目的。之后在仿生外形的基础上对滑翔翼的安装位置、后掠角和攻角等参数对滑翔机的水动力性能展开分析。结果表明,鲭鱼外形的航行阻力最小;在相同攻角下,升阻比随滑翔翼安装位置后移而增大,随后掠角增大而减小;滑翔翼位于距滑翔机艏部0.65L处且后掠角小于20°时,滑翔机在0~10°攻角下所受升阻比较大,俯仰力矩值最小,兼顾良好的静稳性和滑翔经济性。本文验证了仿生外形多对翼水下滑翔机方案的可行性,为后续滑翔机的仿生设计和多对滑翔翼的应用提供参考。 展开更多
关键词 仿生 多对翼 水下滑翔机 水动力性能
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基于流场可视化技术的生物扑翼气动机理研究进展
6
作者 刘英特 黄海丰 贺威 《自动化学报》 北大核心 2025年第12期2569-2587,共19页
扑翼飞行是生物高效利用流体能量的典型范式,解析其非定常气动机理高度依赖流场可视化技术的革新.本文系统梳理基于流场可视化技术的生物扑翼气动机理研究进展,着重探讨实验技术创新与机理认知深化的互动关系.通过对比多种流场可视化技... 扑翼飞行是生物高效利用流体能量的典型范式,解析其非定常气动机理高度依赖流场可视化技术的革新.本文系统梳理基于流场可视化技术的生物扑翼气动机理研究进展,着重探讨实验技术创新与机理认知深化的互动关系.通过对比多种流场可视化技术的生物实验适配性,明确其在捕捉瞬态涡结构和量化三维流场特征方面的效能差异.重点分析活体生物流场可视化实验的设计要素,涵盖流场构建、示踪粒子选择及生物行为操纵策略.此外,重点归纳昆虫、鸟类与蝙蝠三类典型生物的已有流场可视化成果,如前缘涡延迟脱落、尾流捕获等普适性非定常气动机理.对比说明不同生物类群在柔性翼变形调控、涡流−运动耦合等策略上的进化差异.最后针对性梳理当前研究存在的问题,并展望结合先进人工智能技术的机理解析及仿生扑翼飞行器工程转化等未来发展方向. 展开更多
关键词 流场可视化技术 扑翼气动机理 仿生扑翼飞行器 流场演变
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仿蜻蜓褶皱翼滑翔与扑动气动特性的数值研究
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作者 职启迪 史志伟 +1 位作者 王力爽 陈思诺 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第11期16-26,I0001,共12页
蜻蜓是自然界中飞行能力极为出色的一种扑翼昆虫,其翅膀上分布着明显的褶皱结构。为了探究不同的褶皱分布形式对翼型气动特性的影响,本文参考蜻蜓翅膀设计了前缘褶皱、后缘褶皱、全褶皱与平板4种翼型,采用计算流体力学方法,针对滑翔和... 蜻蜓是自然界中飞行能力极为出色的一种扑翼昆虫,其翅膀上分布着明显的褶皱结构。为了探究不同的褶皱分布形式对翼型气动特性的影响,本文参考蜻蜓翅膀设计了前缘褶皱、后缘褶皱、全褶皱与平板4种翼型,采用计算流体力学方法,针对滑翔和扑动两种飞行姿态分析了低雷诺数环境下(Re=1000~2000)翼型的气动特性。结果表明:在滑翔状态下,褶皱回流区内会产生负摩擦阻力,前缘褶皱翼型具有更低的阻力,后缘褶皱翼型则具有更高的升力与升阻比。在迎角10°时,后缘褶皱相对平板翼型的时均升力系数提高了23.1%,时均升阻比提高了9.1%;在大迎角下,褶皱对升阻比几乎没有影响。流场分析显示,后缘褶皱增大了前缘涡的强度,提高了褶皱上游的表面压强差。在扑动状态下,后缘褶皱可以降低上扑冲程产生的负升力,从而提高周期平均升力。在此基础上,全褶皱翼型因上下冲程启动阶段更为明显的旋转环流机制而具有最大的周期平均升力。本研究表明,调整褶皱分布形式是实现翼型气动优化的有效方案。 展开更多
关键词 仿生扑翼 褶皱结构 低雷诺数 非定常流动 前缘涡
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小型仿生扑翼飞行器设计与仿真
8
作者 黄功政 邵伟平 +2 位作者 郝永平 赵国阳 于鹏达 《机械工程与自动化》 2025年第3期50-52,共3页
设计出一款新型小型扑翼飞行器,可在小体积情况下进行扑动飞行运动。依据鸟类飞行姿态设计飞行器结构并对机构参数进行优化设计;使用SolidWorks构建三维模型,导入ADAMS软件中验证其运动可行性;通过Fluent软件对扑翼机构中不同翼面进行... 设计出一款新型小型扑翼飞行器,可在小体积情况下进行扑动飞行运动。依据鸟类飞行姿态设计飞行器结构并对机构参数进行优化设计;使用SolidWorks构建三维模型,导入ADAMS软件中验证其运动可行性;通过Fluent软件对扑翼机构中不同翼面进行气动仿真,得出弧形翼具有更好的气动特性的结论,为扑翼飞行器研制提供了理论支持。 展开更多
关键词 仿生扑翼飞行器 结构设计 气动特性 小型化
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仿生蜂翼型槽干气密封性能研究
9
作者 奚文杰 帅梦潇 +2 位作者 曾光磊 王和顺 朱维兵 《液压气动与密封》 2025年第5期75-82,共8页
通过干气密封端面构型设计,获得不同工况条件下最优的密封特性是目前干气密封研究的热点和难点之一。通过深入了解蜜蜂翅型结构,提出WIHS模型和WGRHS模型2种不同仿生蜂翼型槽织构,采用有限元法对仿生蜂翼型槽中动压效应所形成的气膜特... 通过干气密封端面构型设计,获得不同工况条件下最优的密封特性是目前干气密封研究的热点和难点之一。通过深入了解蜜蜂翅型结构,提出WIHS模型和WGRHS模型2种不同仿生蜂翼型槽织构,采用有限元法对仿生蜂翼型槽中动压效应所形成的气膜特性进行研究,并对结构参数进行具体计算,以探究不同结构参数的最优密封性能。研究结果表明:WIHS模型的参数优选值为:h 0=2μm、hη=12μm、α=20°、σ=0.8、η=0.6、n=12,WGRHS模型的参数优选值为:h 0=2μm、hη=16μm、α=28°、σ=0.7、η=0.6、n=12,WIHS模型的气膜刚漏比更佳,对应气膜抗干扰性能更好,适用于高转速工况;WGRHS模型的开启力更强,对应在低转速开启力不足的工况下更有优势。 展开更多
关键词 仿生蜂翼型槽 WIHS模型 WGRHS模型 最优参数
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复合仿生翼型对空调器用轴流风机气动性能和噪声的影响 被引量:1
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作者 李帅领 柴水华 +5 位作者 田晨晔 姜怡欣 陆琪 李跃飞 吴彦东 刘小民 《流体机械》 北大核心 2025年第6期21-30,共10页
为进一步提升空调器用轴流风机气动效率并有效降低其噪声,结合具有优异飞行特性的海鸥翼型和具有静音飞行特性的蝴蝶翅膀表面非光滑功能结构,对轴流风机叶片进行跨物种多元复合仿生设计。首先采用CFD方法对轴流风机内流特性及其气动性... 为进一步提升空调器用轴流风机气动效率并有效降低其噪声,结合具有优异飞行特性的海鸥翼型和具有静音飞行特性的蝴蝶翅膀表面非光滑功能结构,对轴流风机叶片进行跨物种多元复合仿生设计。首先采用CFD方法对轴流风机内流特性及其气动性能进行数值仿真,通过与试验测量结果进行比较,验证了数值模型有效性;随后采用大涡模拟(LES)和FW-H声类比方法对带有复合仿生叶片的轴流风机的噪声进行预测。结果表明,跨物种复合仿生叶片有效减小了风机叶顶间隙的流动分离损失,并降低了叶片表面的压力脉动;与原型风机相比,在相同工况(转速为730 r/min)条件下,带有跨物种复合仿生叶片的轴流风机的气动效率提升了9.07%,风机风量提升了126.4 m^(3)/h,功率下降了70.2 W,噪声降低了2.6 dB。研究可为轴流风机叶片设计及性能优化提供方案参考。 展开更多
关键词 轴流风机 海鸥翅膀翼型 蝴蝶翅膀尾缘 流动控制 仿生设计 气动性能 噪声
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基于模糊控制的扑翼飞行器定高飞行控制研究
11
作者 杨健 郝永平 +2 位作者 邓东雷 于鹏达 黄功政 《机械工程与自动化》 2025年第4期49-51,共3页
针对传统PID控制器在面对扑翼飞行器飞行过程中的高度控制时表现出的稳定性欠佳问题,提出了一种基于模糊控制的自动高度控制方法。利用动力学基本原理、牛顿定理建立扑翼飞行器的运动学模型,结合高度变化工作原理,研究飞行过程中高度调... 针对传统PID控制器在面对扑翼飞行器飞行过程中的高度控制时表现出的稳定性欠佳问题,提出了一种基于模糊控制的自动高度控制方法。利用动力学基本原理、牛顿定理建立扑翼飞行器的运动学模型,结合高度变化工作原理,研究飞行过程中高度调整控制方案。基于模糊逻辑算法,设计了模糊自适应PID控制器以实现高度控制。通过实验验证,证明了该控制方法能够有效实现对仿生扑翼飞行器的高度控制,提高了系统的稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 仿生扑翼飞行器 高度控制 模糊逻辑控制 PID控制 鲁棒性
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潜空跨介质航行器研究现状及关键技术
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作者 夏国锋 李翱 +1 位作者 曹建 何吉 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第23期10-18,共9页
潜空跨介质航行器是一种同时具备水下潜航和空中飞行能力,可在水空跨域活动的新型海洋无人化装备。将潜空跨介质航行器分为“固定翼式”“折叠翼式”“旋翼式”“复合式”“仿生式”五类分别简要介绍其目前的研究成果以及相应的优缺点,... 潜空跨介质航行器是一种同时具备水下潜航和空中飞行能力,可在水空跨域活动的新型海洋无人化装备。将潜空跨介质航行器分为“固定翼式”“折叠翼式”“旋翼式”“复合式”“仿生式”五类分别简要介绍其目前的研究成果以及相应的优缺点,并对各类型的样机进行介绍,侧重于潜空跨介质实现过程。该类型航行器应用前景极为广泛,针对跨介质总体技术、跨介质动力与推进技术和跨介质控制技术等关键技术进行了介绍并进行了相关技术的前景分析。 展开更多
关键词 跨介质航行器 跨介质飞行 折叠翼 复合构型 仿生技术
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基于膜翅的机床床身仿生结构设计
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作者 张志鹏 李兴山 《一重技术》 2025年第1期25-28,8,共5页
基于膜翅结构建立力学数学模型,在SolidWorks下对床身结构进行蜻蜓膜翅的三种仿生设计。通过ANSYS对床身结构进行动静态特性分析。分析结果表明:与原型床身相比,中部型仿生设计床身质量减少3.41%,最大等效应力减少11.55%,比刚度效能提高... 基于膜翅结构建立力学数学模型,在SolidWorks下对床身结构进行蜻蜓膜翅的三种仿生设计。通过ANSYS对床身结构进行动静态特性分析。分析结果表明:与原型床身相比,中部型仿生设计床身质量减少3.41%,最大等效应力减少11.55%,比刚度效能提高2.68%,一阶固有频率提高8.43%,证明膜翅仿生结构的优越性,为机床仿生设计提供新思路。 展开更多
关键词 仿生结构 膜翅 床身 有限元
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基于空间曲柄摇杆的扑翼结构设计与仿真
14
作者 佘梓晋 谭昕 《机电工程技术》 2025年第11期130-134,共5页
针对现有仿鸟扑翼飞行器结构复杂、效率低等问题,通过将空间曲柄摇杆机构和齿轮减速组相结合,设计了一种新型扑动机构的仿鸟扑翼飞行器,该仿鸟扑翼飞行器是通过高频往复的振翅拍打来实现扑翼运动。首先,设计出相应的二级齿轮减速组,利... 针对现有仿鸟扑翼飞行器结构复杂、效率低等问题,通过将空间曲柄摇杆机构和齿轮减速组相结合,设计了一种新型扑动机构的仿鸟扑翼飞行器,该仿鸟扑翼飞行器是通过高频往复的振翅拍打来实现扑翼运动。首先,设计出相应的二级齿轮减速组,利用球副连接的特性设计空间曲柄摇杆机构,在SolidWorks软件中进行三维建模,通过公式推导和建模修正,对机构参数进行优化,最终确定各杆长度参数和角度参数,根据最终模型,对所提出的新型扑翼机构进行运动机理分析;然后用ANSYS对翼关节和齿轮减速组进行有限元分析,通过形变和等效应力结果来分析结构件强度是否符合要求;用Adams对空间曲柄摇杆机构进行运动学分析,得到曲柄转角和扑翼幅度角的角度参数变化曲线,基于该曲线和翼尖轨迹来分析其运动特性,并验证扑翼运动的稳定性。 展开更多
关键词 仿鸟扑翼飞行器 空间曲柄摇杆 齿轮减速组 仿真分析
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一种仿生扑翼机械鸟的结构设计
15
作者 郭远杰 薛煜腾 +1 位作者 焉峻 李金泉 《成组技术与生产现代化》 2025年第2期34-37,共4页
通过分析鸟类扑翼飞行特点,设计了一种仿生扑翼机械鸟。以无刷直流电机作为动力源来驱动双摇杆机构和曲柄摇杆机构,实现扑翼飞行动作,并对传动系统和主要机构尺寸进行了设计与计算。采用Solidworks软件构建仿生扑翼机械鸟的三维模型,并... 通过分析鸟类扑翼飞行特点,设计了一种仿生扑翼机械鸟。以无刷直流电机作为动力源来驱动双摇杆机构和曲柄摇杆机构,实现扑翼飞行动作,并对传动系统和主要机构尺寸进行了设计与计算。采用Solidworks软件构建仿生扑翼机械鸟的三维模型,并对其进行了运动学仿真。结果表明,所设计仿生扑翼机械鸟的结构合理,具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 仿生机械鸟 扑翼飞行器 连杆机构
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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
16
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》 北大核心 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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