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李新博士辩论通知布告

时候:2021-01-16来历:电机学院点击:967

辩论博士:李新

指点教员:郭策  传授/博导

论文标题问题:长足大竹象翅翼的形状特色、勾当学、力学特色及其仿生设想

辩论委员会名单:

职务

姓名

职称

导师种别

任务单元

辩论主席

孙蓓蓓

传授

博导

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辩论委员

孙蓓蓓

传授

博导

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辩论委员

李普

传授

博导

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辩论委员

张建润

传授

博导

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辩论委员

洪荣晶

传授

博导

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辩论委员

戴宁

传授

博导

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辩论秘书:俞志伟  副传授/硕导

辩论时候2021-1-24 上午9:00

辩论地点:南航明故宫校区12#517

学位论文简介:

本文以长足大竹象为研讨工具,经由进程对厥后翅的形状学、折展机理、勾当学和静/能源学的研讨,标明长足大竹象可作为研制细小扑翼MAV的抱负仿生模板。作者起首研讨了长足大竹象后翅的布局形状和折展机理,接着成立了翅翼三维模子,经由进程力学测试取得了资料属性并研讨了翅翼的生物力学特色。基于勾当尝试捕获体系丈量了竹象虫拍翅的勾当学特色,取得拍翅轨迹和勾当方程,在此根本上操纵CFD方式对竹象虫的扑翼勾当停止数值摹拟,取得其气念头能。最初,按照测得的长足大竹象翅翼形状和折叠机理设想了具备较大折叠率的可折叠仿生翅翼,并对其折叠机能停止刚柔耦合能源学阐发。在此根本上,以长足大竹象为仿生模板设想扑翼机,对其扑翼进程翼的变形特色停止阐发,操纵测力平台停止力学机能测试,取得扑翼进程的升力推力特色。本论文任务有益于对长足大竹象飞翔机理的熟悉,并且为研制新型可折叠翼扑翼MAV供给了立异设想理念。

论文首要研讨内容和取得的功效以下:

1)观察长足大竹象后翅微观布局和节肢弹性卵白的散布纪律、根究后翅的折叠机理,为本文的后续研讨奠基了根本。研讨功效标明竹象虫同党的睁开是经由进程折叠进程贮存的弹机能开释引发的;长足大竹象后翅的折叠勾当靠后翅、鞘翅和腹部尾端之间的相互感化完成。存在于鞘翅内侧、后翅背侧和腹侧和腹部尾真个尖状微观突出有助于增大相互之间的磨擦力进而削减本身的能量消耗。

2)阐发了长足大竹象翅翼的生物力学特色。操纵电子全能尝试机测试了长足大竹象同党的力学机能。功效显现其翅翼是各向同性资料且翼展向的弹性模量小于翼弦向的模量,这与其致密纤维层的展向摆列紧密亲密相干。另外,研讨标明长足大竹象在腹侧和背侧别离施加载荷时表现出翅翼曲折变形的错误称性,有益于坚持其飞翔时的气念头能。

3对高速摄像的扑翼视频帧处置取得鞘翅和后翅的拍动轨迹和角度变更环境,发明鞘翅和后翅同相,均呈双“8”字形式拍动,这类勾当形式和长足大竹象具备优异的飞翔才能紧密亲密相干。进一步将扑翼角度的变更数据操纵四阶傅里叶系数停止拟合,终究取得了鞘翅和后翅拍动角的欧拉方程。

4基于取得的欧拉方程,操纵CFD停止数值摹拟。功效显现竹象虫扑翼进程中发生周期性变更的垂直力和程度力,发生的均匀正升力完整可以或许降服重力,且下拍进程的垂直力占比高于上拍进程的垂直力,这与后期阐发后翅的曲折错误称景象相分歧。另外,鞘翅的拍动也供给了小局部升力和推力,申明鞘翅不只起到掩护后翅和有助于后翅折叠的感化,并且在飞翔中也供给一局部气动载荷。

5按照长足大竹象后翅的折叠机理提取“六板”等效模子,颠末勾当阐发并计较取得响应张角的空间地位变更,从而肯定每块板的扇区角。将“六板”模子转化为杆机构,参考带状弹簧静脉的折叠形式,仿照长足大竹象胸腔中肌肉缩短勾当、翅根动弹、枢纽勾当和翅脉的散布纪律设想由连杆机构构成的仿生可折叠翼。并经由进程刚柔耦合能源学仿真阐发考证其折叠的可行性。

6在上述研讨根本上,按照竹象虫后翅的飞翔特色,设想新型扑翼MAV,提出扑翼机构道理计划,肯定电机型号、和机构参数和分量。颠末扑翼载荷下的能源学仿真阐发,证实所设想的扑翼机变形和应力特色公道,合适设想请求。在此根本上,经由进程样机原型的建造和尝试测试,证实本文所设想的仿生扑翼机可以或许发生公道的升力和推力和扑翼频次,知足预期设想请求。

首要立异点:

1经由进程高速摄像机、荧光颠倒显微镜和扫描电镜手艺揭露了长足大竹象翅翼的折展机理。

2在对长足大竹象翅翼的展向和弦向布局特色的研讨根本上,经由进程对翅翼的生物力学阐发,对翅翼的曲折变形,提出翅翼的曲折错误称性,并经由进程数值摹拟证实了这类曲折错误称性更有益于虫豸的飞翔气念头能。

3经由进程尝试测试和仿真阐发取得长足大竹象拍翅的勾当学特色和扑翼的气动特色,并揭露出鞘翅和后翅同步勾当进程的气念头理。

4按照长足大竹象后翅的折叠机理设想仿生可折叠翅翼并阐发其刚柔耦合的能源学特色,进一步基于竹象虫扑翼勾当学特色,设想仿生扑翼机并测试了其扑翼机能。


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