蜻蜒飞行姿态的实时模拟测量

作为昆虫自由飞行姿态实时测量的预研课题,本文利用投影栅线法对真实蜻蜓翅膀在以适当频率摆动的机械驱动下模拟真实飞行时的三维形状变化进行了实时测量.由于在图像采集,预处理,位相提取,抑噪声去包络等环节采取了一系列措施,克服了由于蜻蜓翅膀透明度高,表面微观起伏变化剧烈所导致的栅线条纹图的平均灰度、对比度和信噪比都很低而给数据处理带来的困难.并最终得到了满意的结果.     

蜻蜓翅膀的力学研究进展

本文对蜻蜓翅膀的力学问题研究进展进行了综述.蜻蜓之所以成为自然界最优秀的飞行者之一,是因为其翅膀的特殊结构.翅结和翅痣的作用,是在飞行中平衡翅膀前后两部分和消除翅膀振颤.常用的翅膀模型有四种:概念模型、物理模型、简单分析模型和数值分析模型.其中前三种模型过于简化,数值模型虽然可以进行三维数值模拟,但是忽略了翅膀的材料组成.本文还分析了蜻蜓翅膀的飞行机制和力学特点,认为蜻蜓的飞行力学分析必须考虑非定常流的影响;介绍了翅膀的弹性模量、硬度和抗弯刚度的测量方法,指出翼展方向的抗弯刚度(EI)与翼展长度的三次方(L3)成正比,翼弦方向的抗弯刚度(EI)与翼弦长度的平方(D2)成正比;最后提出了对蜻蜓翅膀力学的研究展望和有待于进一步解决的问题.     

蜻蜓滑翔时柔性褶皱前翅气动特性分析

蜻蜓是自然界优秀的飞行家,滑翔是其常见且有效的飞行模式.蜻蜓优异的飞行能力来源于其翅膀的巧妙结构,褶皱是蜻蜓翅膀上最为显著的结构之一,不仅提高了翅膀的刚度,还改变了其气动特性,而飞行过程中柔性翅膀会产生变形是蜻蜓翅膀的另一特性.为揭示蜻蜓在滑翔时,柔性褶皱前翅的变形,探究褶皱和柔性的共同作用对其气动特性的影响,基于逆向工程,依据前人的测量数据和研究成果,通过三维建模软件建立了蜻蜓三维褶皱前翅的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模型和计算结构力学(computational structural mechanics,CSD)模型,并通过模态分析验证了此模型有足够的精度.基于CFD方法和CFD/CSD双向流固耦合计算方法分别对蜻蜓滑翔飞行时刚性和柔性褶皱前翅的气动特性进行了数值模拟,结果表明,柔性褶皱前翅受气动载荷后,翅脉和翅膜产生形变,柔性前翅上下表面压力差相较于刚性前翅减小了,从而其升力和阻力也减小了,而在大攻角时,变形后的前缘脉诱导出比刚性前翅更强的前缘涡.因此在攻角小于10?时刚性前翅的气动特性优于柔性前翅,继续增大攻角,柔性前翅的气动特性则优于刚性前翅.前翅受载后气动响应时间短,翅尖的变形最大,仅仅产生了垂直于翅膀所在平面方向上的变形,而没有发生扭转,翼根处受到应力最大,褶皱上凸部分承受蜻蜓滑翔时前翅的主要载荷.     

蜻蜓滑翔时柔性褶皱前翅气动特性分析

蜻蜓是自然界优秀的飞行家,滑翔是其常见且有效的飞行模式.蜻蜓优异的飞行能力来源于其翅膀的巧妙结构,褶皱是蜻蜓翅膀上最为显著的结构之一,不仅提高了翅膀的刚度,还改变了其气动特性,而飞行过程中柔性翅膀会产生变形是蜻蜓翅膀的另一特性.为揭示蜻蜓在滑翔时,柔性褶皱前翅的变形,探究褶皱和柔性的共同作用对其气动特性的影响,基于逆向工程,依据前人的测量数据和研究成果,通过三维建模软件建立了蜻蜓三维褶皱前翅的计算流体力学(computational fluiddynamics,CFD)模型和计算结构力学(computational structuralmechanics,CSD)模型,并通过模态分析验证了此模型有足够的精度.基于CFD方法和CFD/CSD双向流固耦合计算方法分别对蜻蜓滑翔飞行时刚性和柔性褶皱前翅的气动特性进行了数值模拟,结果表明,柔性褶皱前翅受气动载荷后,翅脉和翅膜产生形变,柔性前翅上下表面压力差相较于刚性前翅减小了,从而其升力和阻力也减小了,而在大攻角时,变形后的前缘脉诱导出比刚性前翅更强的前缘涡.因此在攻角小于10$^\circ$时刚性前翅的气动特性优于柔性前翅,继续增大攻角,柔性前翅的气动特性则优于刚性前翅.前翅受载后气动响应时间短,翅尖的变形最大,仅仅产生了垂直于翅膀所在平面方向上的变形,而没有发生扭转,翼根处受到应力最大,褶皱上凸部分承受蜻蜓滑翔时前翅的主要载荷.      

蜻蜓翅膀宏细观结构的实验观察与力学分析

0引言 蜻蜓翅膀是由纵脉和横脉组成的一个凹凸相间的立体网状结构(如图1所示).翅膀重量不到0.005 g,翅膜厚度只有2-3 μm,它每秒却可拍翅30-50次,冲刺飞行速度高达40 m/s.蜻蜒可以实现扑翼、滑行、悬停等飞行,蜻蜓的高超飞行能力与它的翅膀特殊结构有关.本论文主要研究蜻蜓翅膀的宏细观结构及其力学性能.     

昆虫自由飞行参数的双棱镜虚拟双目测量

通过像机前加一个双棱镜实现单像机的虚拟双目拍摄,根据立体视觉原理可以获取空间点三维信息,该装置被用于测量昆虫自由飞行运动参数。如果双棱镜和像机摆放得当,可以简化立体视觉测量中对应点匹配这一最难步骤。实验获得了蜻蜓直飞过程中的一系列运动参数,将这些参数结合起来考察对于研究昆虫飞行机理非常有意义。特别地,我们对昆虫飞行中翅膀的柔性效应进行了初步讨论。     

傅里叶变换投影栅线法测量大物体的变形

本文利用傅里叶变换投影栅线技术对大物体的离面变形进行了测量，分析了大物体的尺寸给测量过程带来的主要矛盾，讨论了方法的灵敏度和精度，用计算机数值模拟技术给出了大尺寸引起的频率变化所带来的误差。结果表明，傅里叶变换投影栅线技术可以用于大尺寸物体离面变形的精确测量。     

基于透射电镜晶格图像数字云纹的应变测量方法

提出一种通过量化几何转角实现应变测量的数字云纹新方法。该方法以高分辨透射电镜(TEM)获取的晶格图像为基础,通过傅立叶变换-反傅里叶变换,将TEM晶格图像生成三个不同倾角的栅线图。以已知应变状态位置获取的TEM栅线图为参考栅,以所需测量位置获得的栅线图为试件栅,分别对倾角接近的参考栅与试件栅进行逻辑运算,得到各倾角栅对应的数字云纹图像。基于几何云纹基本原理,建立参考栅与试件栅二者之间栅线倾角的变化(即栅线转角θ)、该栅线倾角所对应几何云纹条纹的倾角与栅线间距变化率(即栅线法向应变分量ε)之间的解析关系。计量栅线转角与几何云纹条纹的倾角便能够得到试件栅位置上三个不同方向的正应变,从而实现面内应变各分量的解耦测量。由于本方法获得的是高分辨TEM图像所在位置的应变平均信息,因此具有十纳米量级的空间分辨率。本文采用模拟实验对以上方法的正确性进行了验证,并将其应用于多层异质半导体结构横截面样品的应变分析,并给出了面内应变各分量的细节信息。     

三维形状检测中的参数标定研究

应用投影栅线法在现场检测三维物体的形状时，参数标定是影响测量精度最重要的一个因素。本文研究了三维形状检测过程中的参数标定问题，并应用傅里叶位相解调技术处理实验数据。提出了坐标系统及几何参数的标定技术，推导出考虑栅线节距变化的计算公式。给出了部分实验结果，并讨论了测试精度。     

一种小型无人倾转旋翼机全包线飞行的参数估计方法(英文)

小型无人倾转旋翼机的核心是飞行控制系统与捷联惯性导航系统(SINS)。针对小型无人倾转旋翼机的不同飞行模式设计了一套线性、计算效率高的捷联导航算法,为控制系统提供真实可靠的反馈参数。在直升机悬停与小速度飞行模式,利用加速度计与磁强计的输出计算测量姿态角并根据角度与角速率的关系设计低阶线性姿态估计算法,递推解算出MEMS陀螺的漂移特性,并实时补偿测量的角速率。在倾转与飞机飞行模式飞行器具有持续加速与高速的飞行特性,利用磁强计解算当前航向并引入GPS的速度与位置参数,设计了基于误差的线性Kalman滤波器,提高持续加速飞行状态的姿态估计精度。数值仿真表明在全包线飞行过程中设计的捷联导航算法具有良好的测量精度,并利用小型无人倾转旋翼机的飞行试验,验证了算法的估计性能与可靠性。     

Recent developments in axial tomography for heat transfer and fluid flow studies

The need for three-dimensional, nonintrusive field measurements in the area of heat transfer and fluid flows grows very rapidly, and at this time there are very few experimental techniques that can be used for such a purpose. Axial tomography is a promising technique for accurate quantitative measurements for a variety of heat transfer and fluid flow problems. It has already been tested and practiced in a number of applications, including medical scanning technology. The technique is based on Radon's original work and reconstructs a three-dimensional field from its two-dimensional projections (integrated measurements) obtained at different view angles. This review highlights some of the most important methods used in tomography and their applications to experimental heat transfer and fluid flow studies.     

综述:面向工程应用的激光干涉动态测量

进入21世纪之后,激光干涉作为一种成熟的非接触式动态测量技术,开始逐步应用于不同的工业领域。激光干涉动态测量技术主要分成两类:一类是基于高速相机的干涉测量技术,而另一类则是基于单像素光电探测器的干涉测量技术。这两类技术都有其局限性:基于高速相机的技术受限于相机时间轴上的采样率;而基于光电探测器的技术则在空间域上只能进行单点测量。针对稳态振动和非稳态振动/变形测量两种实际应用,本文分别讨论了这两类干涉测量技术近年来的一些最新发展。作者希望通过本文的讨论为不同领域的研究人员和工程师在实际应用中选取更优的动态测量方案提供有力的参考。     

雷诺数对湍流特性的影响

主要对近年来关于雷诺数（Ｒｅ）对湍流特性的影响的研究进行了回顾．研究表明除径向偏斜系数和平坦系数分布外,确实存在一个不受Ｒｅ数影响的区域,但对于不同的物理量这一区域的范围是不同的,即使是同一物理量不同研究者的结果亦不尽相同,显示了近壁区流动的复杂性和测量的困难,激光测速技术（ＬＤＶ）由于其具有测量精度高、不干扰流场、空间分辨率细等优点,近年来广泛地应用于对湍流,特别是对湍流近壁区流动特性及Ｒｅ数对湍流统计特性影响等的精细测量,随着ＬＤＶ自身及其它相关测试技术的进一步改进,ＬＤＶ在了解湍流产生机理、能量转换等方面发挥着越来越重要的作用．     

Technique for aerodynamic force measurement within milliseconds in shock tunnel

For aerodynamic force measurement in shock tunnels and similar short duration aerodynamic testing facilities we have developed a novel measurement technique. Its key feature is a mounting support, which releases the test model and grips it again after a free flight duration of about 10 milliseconds. The model is equipped with small accelerometers and may contain additional installations. The short free flight allows the use of thin wires because the model travels only a few millimeters during this time. Validation experiments with a cone-cylinder of known drag coefficient show good accuracy with a response time of about half a millisecond. Pitot pressure measurement and suitable data processing allow for direct evaluation of aerodynamic coefficients in slowly changing flow.This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1990.     

投影光刀法测量碳纤维编织材料烧蚀表面粗糙度

碳纤维编织材料制成的物体，在其表面经过模拟烧饰后，其表面的光反射率很低，本文提出了一种改进的投影光刀法，可以用非接触式的光学测量方法测量其表面的粗糙度分布和细微三维形状，首先在物体表面投影-黑白边界；接收时在CCD上做适度的散焦，因而CCD里可以接收到一灰度渐变的投影界面；选用适当的阈值，可以得到受物体高度调制的投影边界，在后续的数据处理中，采用了边界提取、扫描、线形拟合、图像拼接等技术，可以得到被测区域的细微三维形状数据，进而可以计算出其二维的粗糙度分布。     

Viskositätsmessung mit dem longitudinal schwingenden Band

A method for the detection of small masses with the aid of a longitudinally vibrating band is described and further applications, e.g. for viscosity and humidity measurement are discussed. The complex Young's modulus of the band can also be determined.

     

用双视场电子散斑干涉实现检测表面的变尺度同时测量

结构或材料中所含的微小缺陷对其宏观力学性能具有重要的影响，探讨这些微小缺陷引起的微变形及其在结构整体变形中所占的份额，对于有效地评估结构和材料的整体性能及局部演化过程都具有重要的理论和工程价值，本文应用双视场电子散斑干涉技术，实现了对被测对象表面的全场变形和局部微观场变形的同时实时检测，给出了宏观及局部位移场分布，并结合有限元数值分析与实验结果进行了比较。     

一种高灵敏度形状检测新技术

应用光的干涉和衍射理论，系统地阐述了一种高灵敏度形状检测技术的基本原理，并提出了一个新的测试方法，可以消除坐标影响项，从而得到纯等高线条纹图。文中应用该技术，实际测量了带有几种压痕的平板表面的深度分布，分析了测量灵敏度和精度，给出了部分实验结果。     

圆柱空腔内涡破裂的LDA三维流动测量

针对旋转圆柱空腔内旋转流场泡状涡破裂现象,设计了实验装置,分析了实验系统中光路设置、折射率补偿、示踪粒子选择等关键问题的处理方法,采用激光多谱勒速度测量技术ＬＤＡ（ＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＡｎｅｍｏｍ ｅｔｒｙ）进行测量,给出了圆柱空腔内子午面上二维速度全场和涡破裂区域的内部三维流动测量结果． 同时给出的数值计算模拟结果和实验测量结果非常吻合．     

爆炸力学实验技术新进展

本文综述了爆炸力学实验和测试技术的最新进展。