XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search System气动
昆虫飞行中的腹部运动重塑非气动结构对飞行机动性的作用 I：花朵追踪的模型预测控制
可能会影响飞行动力学。本文评估了机身变形在飞行中的作用，并探究腹部对飞行机动性的贡献程度。为了解决这个问题，我们结合使用了受模型预测控制 (MPC) 启发的计算惯性动力学模型和天蛾 Manduca sexta 的自由飞行实验。我们探索了欠驱动（即输出数量大于输入数量）和完全驱动（输出和输入数量相等）系统。使用无量纲跟踪误差和传输成本等指标来评估惯性动力学模型的飞行性能，我们表明完全驱动模拟可最大限度地减少跟踪误差和传输成本。此外，我们通过将碳纤维棒固定在胸腹关节上，测试了限制腹部运动对活天蛾自由飞行的影响。腹部受限的飞蛾表现比假治疗飞蛾差。这项研究发现腹部运动有助于飞行控制和机动性。这种非气动结构运动存在于所有飞行类群中，可以为多驱动微型飞行器的开发提供参考。
昆虫飞行中的腹部运动重塑非气动结构对飞行机动性的作用 I：花朵追踪的模型预测控制
昆虫飞行控制研究主要集中在翅膀的作用上。然而，飞行过程中腹部的偏转可能会影响飞行动力学。本文评估了机身变形在飞行中的作用，并探究腹部对飞行机动性的贡献程度。为了解决这个问题，我们结合使用了模型预测控制 (MPC) 启发的计算惯性动力学模型和天蛾 Manduca sexta 的自由飞行实验。我们探索了欠驱动（即输出数量大于输入数量）和完全驱动（输出和输入数量相等）系统。使用无量纲跟踪误差和传输成本等指标来评估惯性动力学模型的飞行性能，我们表明完全驱动模拟可以最大限度地减少跟踪误差和传输成本。此外，我们还通过在胸腹关节上固定一根碳纤维棒来测试限制腹部运动对活天蛾自由飞行的影响。腹部受限的蛾子表现比假治疗蛾子差。这项研究发现腹部运动有助于飞行控制和机动性。这种非气动结构的运动存在于所有飞行类群中，可以为多驱动微型飞行器的开发提供参考。
论文 昆虫飞行中的腹部运动重塑非气动结构对飞行机动性的作用 I：花朵追踪的模型预测控制
昆虫飞行控制研究主要集中在翅膀的作用上。然而，飞行过程中腹部的偏转可能会影响飞行动力学。本文评估了机身变形在飞行中的作用，并询问腹部对飞行机动性的贡献程度。为了解决这个问题，我们结合使用了模型预测控制 (MPC) 启发的计算惯性动力学模型和天蛾 Manduca sexta 的自由飞行实验。我们探索了欠驱动（即输出数量大于输入数量）和完全驱动（输出和输入数量相等）系统。使用无量纲跟踪误差和传输成本等指标来评估惯性动力学模型的飞行性能，我们表明完全驱动模拟可以最大限度地减少跟踪误差和传输成本。此外，我们通过在胸腹关节上固定碳纤维棒来测试限制腹部运动对活天蛾自由飞行的影响。腹部受限的飞蛾表现比假治疗飞蛾差。这项研究发现腹部运动有助于飞行控制和机动性。这种非气动结构运动存在于所有飞行类群中，可以为多驱动微型飞行器的开发提供参考。
达索航空军用飞机和公务机工业气动弹性实践回顾
飞机结构设计是一个复杂的工业过程，需要对空气动力学、结构、材料和系统等不同领域进行多学科分析和考虑，并在这些不同领域施加的约束之间进行适当的折衷，以满足飞机所需的整体性能。在公务机和军用飞机领域，鉴于对更高效的空气动力学公式的研究、对“尽可能轻”设计的不断渴望以及机身尺寸的增加，飞机的灵活性在过去几十年中大大提高。这就需要考虑从飞机开发的最初阶段开始就存在于飞行包线中的越来越复杂的气动弹性耦合现象。挑战远远超出了航空结构性能领域，因为气动弹性也会对相关领域产生重大影响，例如飞机性能、操纵品质或系统设计。这仅仅强调了气动弹性对新飞机项目的风险、成本和期限的潜在重大影响：气动弹性现在被视为设计的主要学科之一，也是飞机开发逻辑中的“关键”过程之一。这种极具挑战性的背景是自 20 世纪 90 年代以来达索航空在气动弹性领域不断进行重大修改的源头。今天，这种趋势仍在继续，气动弹性将不得不应对一系列全新的挑战和需求，并继续以同样的速度自我改造，以避免阻碍创新和未来的技术突破。从这个角度来看，本文概述了达索航空在军用飞机和公务机领域在气动弹性方面当前的最佳工业实践。涵盖了这个充满挑战和令人兴奋的领域的主要方面：数值方法和工具、实验验证过程、飞机计划期望以及与人类组织相关的方面。它讨论了原则和指导方针，而不是有关基本方程和方法的细节。最后一部分介绍了达索航空在气动弹性领域未来的工业挑战。
仿生气动变形弹性体
图 2：气压棒膨胀和变形的特性。a、气压棒结构的垂直切割示意图。通道的几何形状可以简化为两个无量纲参数：相对高度 Ψ = h/(h + 2e) 和通道密度 Φ = d/(d + d w )，其中 d 为通道宽度，d w 为壁宽，h 为通道高度，e 为覆盖膜厚度。b、当 Φ = 0.69 ± 0.05 时，目标平行和纵向应变对压力的依赖性，以及当 Φ = 0.5 ± 0.02 时，目标平行和纵向应变对压力的依赖性。实线对应没有任何拟合参数的模型（在我们的简化模型中，ε∥消失）。c、气压棒被编程为在加压时呈圆锥体。倾斜角记为 α。 d，对于不同参数的气压计，实验和理论（实线，无拟合参数）α 随施加压力的变化：红色菱形（Ψ = 0.78±0.05，Φ = 0.5，R = 50mm，H = 3.8±0.2mm）；蓝色三角形（Ψ=0.74，Φ=0.5，R=40mm，H=5.4mm）；紫色旗帜（Ψ=0.68，Φ=0.2，R=50mm，H =6mm）；绿色方块（Ψ=0.6，Φ=0.5，R=40mm，H =6.7mm）。
垂直轴风力涡轮机应用的脉冲环流控制俯仰翼型的气动响应
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 在城市、偏远地区和海上应用的开发中重新引起了人们的兴趣。过去的研究表明，在能量捕获效率方面，VAWT 无法与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 竞争。在低叶尖速比 () 下，VAWT 性能受到动态失速 (DS) 效应的困扰，其中每个叶片每转一圈都会超过静态失速多次。此外，对于 <2，叶片在超过 70% 的旋转期间在失速之外运行。但是，VAWT 具有许多优势，例如全向操作、发电机靠近地面、更低的噪音排放以及使用寿命更长的非悬臂叶片。因此，减轻动态失速并改善 VAWT 叶片的空气动力学性能以提高功率效率是近年来的热门研究课题，也是本研究的方向。西弗吉尼亚大学过去的研究重点是增加循环控制 (CC) 技术以改善 VAWT 空气动力学并扩大操作范围。通过增强 NACA0018 翼型以包含 CC 功能，生成了一种新颖的叶片设计。收集了一系列稳定喷射动量系数 (0.01≤C ≤0.10) 的静态风洞数据，用于分析涡流模型性能预测。开发了控制策略以优化整个旋转过程中的 CC 喷射条件，从而提高了 2≤≤5 的功率输出。但是，产生稳定 CC 喷射所需的泵送功率使增强涡轮机的净功率增益降低了约 15%。这项工作的目的是研究脉冲 CC 喷射驱动，以匹配稳定喷射性能和降低的质量流量要求。迄今为止，尚未完成任何实验研究来分析俯仰翼型上的脉冲 CC 性能。本文描述的研究详细介绍了关于稳定和脉冲喷射 CC 对俯仰 VAWT 叶片空气动力学影响的首次研究。实施了数值和实验研究，改变了 Re 、k 和 ± 以匹配典型的 VAWT 操作环境。根据先前流动控制翼型研究的有效范围，分析了一系列降低的喷射频率 (0.25≤St≤4) 和不同的 C 。由于动态失速效应，发现翼型俯仰将基线升阻比 (L/D) 提高高达 50%。当 C =0.05 时，动态失速对稳定 CC 翼型性能的影响更大，在正攻角时 L / D 增加 115%。脉冲驱动可匹配或改善稳定喷气升力性能，同时将所需质量流量减少高达 35%。从数值流可视化来看，脉冲驱动可降低 DS 期间尾流涡度的大小和强度，从而导致相对于基线和稳定驱动情况的轮廓阻力较低。编制了一个俯仰翼型测试数据库，包括气动系数 (C l 、C d) 的过冲和滞后，以改进分析模型输入，从而更新 CCVAWT 性能预测，其中将直接反映上述 L / D 改进。相对于年功率输出为 1 MW 的传统 VAWT，WVU 之前的工作证明，增加稳定喷气 CC 可以将总输出提高到 1.25 MW。但是，产生连续喷气的泵送成本将 CCVAWT 的年度净收益降低到 1.15 MW。目前的研究表明，由于质量流量要求降低，脉冲 CC 喷射可以回收 4% 的泵送需求，从而将 CCVAWT 的年净发电量提高到 1.19 MW，相对于传统涡轮机提高了 19%。
垂直轴风力涡轮机应用中采用脉冲环量控制的俯仰翼型的气动响应
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 在城市、偏远地区和海上应用的开发中重新引起了人们的兴趣。过去的研究表明，在能量捕获效率方面，VAWT 无法与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 竞争。在低叶尖速比 () 下，VAWT 性能受到动态失速 (DS) 效应的困扰，其中每个叶片每转一圈都会超过静态失速多次。此外，对于 <2，叶片在超过 70% 的旋转期间在失速之外运行。但是，VAWT 具有许多优势，例如全向操作、发电机靠近地面、更低的噪音排放以及使用寿命更长的非悬臂叶片。因此，减轻动态失速并改善 VAWT 叶片的空气动力学性能以提高功率效率是近年来的热门研究课题，也是本研究的方向。西弗吉尼亚大学过去的研究重点是增加循环控制 (CC) 技术，以改善 VAWT 空气动力学性能并扩大操作范围。通过增强 NACA0018 翼型以包含 CC 功能，生成了一种新颖的叶片设计。收集了一系列稳定喷射动量系数 (0.01≤C ≤0.10) 的静态风洞数据，用于分析涡流模型性能预测。开发了控制策略以优化整个旋转过程中的 CC 喷射条件，从而提高了 2≤≤5 的功率输出。但是，产生稳定 CC 喷射所需的泵送功率使增强涡轮机的净功率增益降低了约 15%。这项工作的目的是研究脉冲 CC 喷射驱动，以匹配稳定喷射性能和降低的质量流量要求。迄今为止，尚未完成任何实验研究来分析俯仰翼型上的脉冲 CC 性能。本文描述的研究详细介绍了关于稳定和脉冲喷射 CC 对俯仰 VAWT 叶片空气动力学影响的首次研究。实施了数值和实验研究，改变了 Re 、k 和 ± 以匹配典型的 VAWT 操作环境。根据先前流动控制翼型研究的有效范围，分析了一系列降低的喷射频率 (0.25≤St≤4) 和不同的 C 。由于动态失速效应，发现翼型俯仰将基线升阻比 (L/D) 提高高达 50%。当 C =0.05 时，动态失速对稳定 CC 翼型性能的影响更大，在正攻角时 L / D 增加 115%。脉冲驱动可匹配或改善稳定喷气升力性能，同时将所需质量流量减少高达 35%。从数值流可视化来看，脉冲驱动可降低 DS 期间尾流涡度的大小和强度，从而导致相对于基线和稳定驱动情况的轮廓阻力较低。编制了一个俯仰翼型测试数据库，包括气动系数 (C l 、C d) 的过冲和滞后，以改进分析模型输入，从而更新 CCVAWT 性能预测，其中将直接反映上述 L / D 改进。相对于年功率输出为 1 MW 的传统 VAWT，WVU 之前的工作证明，增加稳定喷气 CC 可以将总输出提高到 1.25 MW。但是，产生连续喷气的泵送成本将 CCVAWT 的年度净收益降低到 1.15 MW。目前的研究表明，由于质量流量要求降低，脉冲 CC 喷射可以回收 4% 的泵送需求，从而将 CCVAWT 的年净发电量提高到 1.19 MW，相对于传统涡轮机提高了 19%。
推荐引用 推荐引用 Merrill, Robert S.，“叶片元素动量模型的非线性气动修正与验证实验”（2011 年）。所有研究生计划 B 和其他报告。67. https://digitalcommons.usu.edu/gradreports/67
实验程序和注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .................................................................................................................................................................21 不确定性....................................................................................................................................................................................................22