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纵向飞行动力学建模和稳定性... - eucass
可折叠机翼扑翼飞行器（FWA）是一种通过模仿昆虫、鸟类或蝙蝠等折叠机翼上下扇动来产生升力和推力的飞行器。近年来，仿生扑翼飞行器的研究日益增多，提出了多种结构形式的扑翼飞行器。扑翼飞行器的飞行环境与鸟类或大型昆虫相似，如低雷诺数的流体动力学和非定常气动[1,2] 。扑翼飞行器在飞行过程中，其运动学模型通常具有颤动、摆动、扭转和伸展4个自由度[3] 。Thielicke [4] 研究了不同弯度和厚度的鸟类臂翼和手翼在慢速飞行过程中的气动特性。仿生飞行器传统运动学模型仅考虑了颤振和扭转两个自由度。本文在传统飞行器运动学模型的基础上，增加了平面内折叠和非平面折叠两个自由度。本文四自由度运动学模型的气动建模方法是拟常数模型与考虑洗流效应的单元理论相结合。采用多刚体有限元法建立纵向动力学模型。采用Floquet-Lyapunov方法分析开环纵向稳定性。采用鲁棒变增益控制方法分析闭环纵向稳定性。
折叠翼扑翼飞行器纵向飞行动力学建模及稳定性分析
扑翼飞行器（flapping Wing Aircraft，简称FWA）是一种折叠机翼的飞行器，通过模仿昆虫、鸟类或蝙蝠等折叠机翼上下扇动来产生升力和推力的飞行器。近年来，仿生扑翼飞行器的研究日益增多，提出了多种结构形式的扑翼飞行器。扑翼飞行器飞行环境与鸟类或大型昆虫相似，如低雷诺数的类流体动力学和非定常气动动力学[1，2]。飞行过程中，扑翼生物的运动学模型通常具有颤振、摆动、扭转和伸展4个自由度[3]。Thielicke[4]研究了不同弯度和厚度的鸟类臂翼和手翼在慢速飞行过程中的气动特性。传统的仿生扑翼飞行器运动学模型只考虑颤振和扭转2个自由度。本文在传统四自由度折叠机翼运动学模型基础上，增加了平面内折叠和非平面折叠两个自由度，采用拟常数模型与考虑洗边效应的初始理论相结合的四自由度运动学模型气动建模方法，通过多刚体有限元法建立纵向动力学模型，采用Floquet-Lyapunov方法分析开环纵向稳定性，采用鲁棒变增益控制方法分析闭环纵向稳定性。
小型扑翼飞行器结构设计与分析……
1.引言 有翅膀的鸟类和昆虫天生就具有良好的飞行性能[1-4] 。飞行器类型有固定翼、旋翼和扑翼。与固定翼和旋翼机飞行相比，仿生扑翼飞机具有独特的优势，如能原地或狭小场地停留、操纵性优异、悬停飞行性能好、飞行成本低等。飞机兼具升力、悬停、推动功能，扑翼系统[5] 。小型扑翼机器人因便携性、操作性、灵活性、隐蔽性好、制造成本低等特点，在军事和民用领域有着广泛的应用前景[6-7] 。正是由于其在各个领域具有很大的适用性，许多国家都将其视为重点研究对象[8] 。由加州理工学院和AeroVironment公司联合研制的Microbat是最早的电动微型扑翼飞机[9] 。第四架原型机的巡航时间为 22 分 45 秒。Microbat 的翼展只有 23 厘米，重量只有 14 克，扑翼频率约为 20Hz，可以携带一个微型相机。Mentor 由多伦多大学和斯坦福研究中心 (SRI) 合作生产，最大翼展为 15 厘米，重量为 50 克。它有四个机翼。机翼由电致伸缩聚合物人工肌肉 (EPAM) [9] 提供动力。德国公司 Festo 开发了仿生飞狐 [10] ，总质量为 580 克
增强截肢者的行动能力和独立性
过去几十年来，假肢技术取得了令人难以置信的进步，改变了肢体丧失者的生活。假肢曾经只是最基本、最基本的设备，如今已成为高度复杂的设备，不仅可以恢复肢体活动能力，还可以提高截肢者的生活质量、独立性和自信心。从配备先进机器人的仿生肢体到专为跑步或游泳等特定活动设计的假肢，假肢领域的创新正在突破肢体丧失者所能实现的极限。本文探讨了假肢技术的突破性创新、它们对肢体活动能力的影响，以及它们如何使截肢者重新获得独立并更充分地参与生活 [1]。
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通过对人类体感皮层的微刺激实现人造触觉的镶嵌
当我们与物体互动时，我们依靠手部发出的信号来传达有关物体及其互动的信息。这些互动的一个基本特征是手与物体接触的位置，而这通常只能通过触觉获得。大脑控制的仿生手与物体接触位置的信息可以通过体感皮层 (S1) 的皮层内微刺激 (ICMS) 发出信号，从而引起位于特定皮肤区域的触觉。为了提供直观的位置信息，机械手上的触觉传感器通过电极驱动 ICMS，这些电极在与传感器位置匹配的皮肤位置引起感觉。这种方法要求 ICMS 引起的感觉是局部的、稳定的，并分布在手上。为了系统地研究 ICMS 引起的感觉的定位，我们分析了 ICMS 引起的感觉的投影场 (PF) - 它们的空间范围 - 这些报告来自三位在 S1 中植入微电极阵列的参与者多年来获得的报告。首先，我们发现 PF 的大小在不同电极之间差异很大，在电极内高度稳定，分布在每个参与者手的大片区域，并且随着 ICMS 的幅度或频率增加而增大。其次，虽然 PF 位置与刺激电极附近神经元的受体场 (RF) 位置相匹配，但 PF 往往会被相应的 RF 所取代。第三，多通道刺激产生的 PF 反映了组成通道的 PF 的结合。通过具有大量重叠 PF 的电极进行刺激，我们可以唤起一种主要在组成 PF 交叉点处体验到的感觉。为了评估这种现象的功能后果，我们在仿生手中实现了基于多通道 ICMS 的反馈，并证明产生的感觉比通过单通道 ICMS 引起的感觉更易于定位。
Gary Housley SOMS Hons 博览会 2021
图表：听觉脑干反应测量显示，在 BaDGE ® 神经营养因子基因增强后，听力灵敏度有所提高。仿生阵列 - 定向基因电转移 (BaDGE ® ) 是我们实验室利用人工耳蜗植入技术开发的一种新型基因传递装置。人工耳蜗是恢复重度聋人听力的唯一选择，我们使用 BaDGE ® 在人工耳蜗植入电极旁边实现了神经营养因子基因的精确表达，从而实现了听觉神经纤维的定向再生，改善了神经接口。目前正在由合作者和行业合作伙伴 (Cochlear Ltd) 支持的临床试验中。更多信息请访问：www.cingt.info；Pinyon 等人 (2014) Sci Transl Med.；Pinyon 等人 (2019) Hearing Reasearch。
Claus Emmelmann、Maren Petersen、Jannis Kranz、Eric Wycisk，《利用激光增材制造 (LAM) 实现飞机工业的仿生轻量化设计》，Proc. SPIE 8065，SPIE Eco-Photonics 2011：面向绿色未来的可持续设计、制造和工程劳动力教育，80650L（2011 年 4 月 29 日）；doi：10.1117/12.898525
如今，航空业面临着许多挑战。日益激烈的竞争和资源短缺对未来的制造技术和轻量化设计提出了挑战。应对这些情况的一种可能方法是激光增材制造 (LAM) 制造技术。然而，由于工艺新颖，仍存在一些挑战需要应对，例如开发更多材料，尤其是轻质合金，以及新的设计方法。因此，为了充分利用工艺潜力，我们创建了创新的材料开发和轻量化设计方法。材料开发过程基于对温度分布与有效工艺因素的分析计算，以确定 LAM 工艺的可接受操作条件。通过将结构优化工具和仿生结构整合到一个设计过程中，我们实现了一种极轻量化设计的新方法。通过遵循这些设计原则，设计师可以在设计新飞机结构时实现轻量化节省，并将轻量化设计推向新的极限。