引用本文: 刘胜南, 付强, 冯楠, 张春华, 贺威.面向扑翼飞行机器人的电子稳像算法设计[J].北科大:工程科学学报 , 2024, 46(9): 1544- 1553. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.10.06.001 LIU Shengnan, FU Qiang, FENG Nan, ZHANG Chunhua, HE Wei.Design of an electronic image stabilization algorithm for flapping-wing flying robots[J].Chinese Journal of Engineering , 2024, 46(9): 1544-1553. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2023.10.06.001
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
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。
研究领域 ▪ 飞行动力学与控制、系统 ID、时间周期系统 ❑ 旋翼机(直升机、eVTOL、UAS) ❑ 扑翼飞行(昆虫/鸟类、扑翼 MAV) ❑ 固定翼飞机(扑尾概念飞机)
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。
低雷诺数空气动力学对许多自然和人造飞行器都很重要。多年来,生物学家一直在研究鸟类、蝙蝠和昆虫,而航空航天工程界对微型飞行器 (MAV) 的兴趣也促使其积极研究,研究进展迅速。本书主要关注固定翼和扑翼的空气动力学。本书同时考虑了生物飞行器和微型飞行器,包括基于简单的几何和动力学分析、结构灵活性、层流-湍流过渡、翼型和非定常扑翼空气动力学,总结了将空气动力学和飞行特性与飞行器尺寸联系起来的缩放定律。书中重点介绍了扑翼运动学与雷诺数、斯特劳哈尔数和降低频率等关键无量纲参数之间的相互作用。书中还讨论了各种非定常升力增强机制。
耦合飞行动力学、空气力学和气动声学模拟 § 线性化、稳定性、降阶、控制 § 实时空气力学和声学 § 实时交互空气动力学 § 旋翼飞行器(直升机、倾转旋翼机等)§ 扑翼微型飞行器(昆虫、鸟类) 先进飞行控制系统 § 旋翼机飞行控制系统 § 主动降噪飞行控制律 § 主动旋翼振动飞行控制律 感知建模和飞行员提示方法 § 全身触觉反馈 § 多模态飞行员建模 § 自转/舰载着陆提示算法
旋翼 AH-64 阿帕奇长弓直升机提供昼夜和恶劣天气攻击直升机能力。阿帕奇是美国陆军的主要攻击直升机。它是一种反应迅速的机载武器系统,可以近距离和纵深作战,摧毁、扰乱或延缓敌军。阿帕奇飞机有四个版本:最初的 AH-64A 阿帕奇和阿帕奇长弓 Block I、II 和 III。AH-64A 阿帕奇于 1984 年首次进入服役。该飞机专为在世界各地作战和生存而设计。它配备了目标捕获指示瞄准器和飞行员夜视传感器,允许其两名机组人员在黑暗和恶劣天气下导航和攻击。阿帕奇的主要任务是使用“地狱火”导弹摧毁高价值目标。它还能够使用 30 毫米 M230 机头自动炮和 Hydra 70 火箭弹,对各种目标都具有致命性。阿帕奇的最大速度为 145 节。它的最大总重量范围为 240 海里(A 型)和 230 海里(D 型),并具有使用内部和外部油箱扩展范围的能力。阿帕奇拥有全套飞机生存设备,能够承受关键区域 23 毫米以下子弹的打击。阿帕奇武器包括地狱火导弹(RF/SAL 版本)、2.75 英寸火箭弹(所有版本)和 30 毫米 HEI 弹。AH-64D 长弓 Block II 是通过新生产和再制造 AH-64A 飞机的组合部署的。AH-64D 采用了长弓火控雷达 (FCR),能够在白天或夜晚、恶劣天气和战场模糊条件下使用
2021 年 2 月 15 日 致所有 75 ABW 飞行员和监护人的备忘录 来自:75 ABW/CC 主题:空军基地联队战略计划 1. 我们的空军面临着来自广泛领域的挑战,我们的飞行员和监护人经常同时被拉向多个方向。为了帮助我们所有人朝着同一个方向前进,联队领导团队更新了我们的 75 ABW 战略计划。在其中,我们的每一位飞行员和监护人都可以找到明确的期望,以指导完成支持我们联队使命的日常任务——无论是部署还是在驻地。我鼓励各级领导与我们联队的所有成员分享这个计划,以用于日常运营并作为指导持续流程改进工作和资源优先排序的参考。 2. 正如我们的新任参谋长所说,我们必须“加速改变……否则就会失败”。要应对超越我们周围变化的速度,我们所有人都需要把精力放在优先任务上才能取得成功;该计划概述了这些优先事项。我期待看到我们能够共同取得的成就。詹妮丝·M·卡罗尔,美国空军司令上校