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1.
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蜻蜒飞行姿态的实时模拟测量
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程鹏 柳兆涛 付东杰 续伯钦 伍小平《实验力学》,2002年第17卷第3期
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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.
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2.
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蜻蜓翅膀的力学研究进展 被引次数：1
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赵红晓 仲政《力学季刊》,2009年第30卷第3期
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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.
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3.
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NUMERICAL STUDY ON THE AERODYNAMIC PERFORMANCE OF THEFLEXIBLE AND CORRUGATED FOREWING OF DRAGONFLY IN GILDINGFLIGHT
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Liu Huixiang He Guoyi Wang Qi《力学学报》,2019年第51卷第1期
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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.
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4.
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蜻蜓滑翔时柔性褶皱前翅气动特性分析
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刘惠祥 何国毅 王琦《力学学报》,2019年第1期
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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.
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5.
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昆虫翅膀的秘密
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《数学大王》,2013年第27期
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小翅膀有大力量蜻蜓的翅膀僵硬而且纹理很多.昆虫学家认为,这种特征其实代表了早期的翅膀类型.翅膀最初是作为昆虫身体的突出物,用于保持身体滑行的稳定性.为这些突出物提供营养的昆虫循环系统最终变成了我们看到的翅膀上的纹理.尽管蜻蜓的翅膀相对较为原始,但却是飞行最快的昆虫之一,最快可达每小时56公里.
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6.
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从蜻蜓翅痣谈飞机机翼颤振及其抑制
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张华《现代物理知识》,2019年第2期
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<正>1.蜻蜓翅痣对平稳飞行的重要性在蜻蜓长长的翅膀端部前缘都能发现一小块加厚的角质层,这一小块角质层称为翅痣,参见图1所示。翅痣对于蜻蜓的平稳飞行有着非常重要的作用,如果将蜻蜓翅痣人为破坏或去除掉,则蜻蜓将失去平稳飞行的能力,飞行会变得摇摇晃晃。实
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7.
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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)
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郭剑东 夏品奇 宋彦国《中国惯性技术学报》,2013年第2期
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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。
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8.
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基于PSD的风洞模型姿态角光学测量技术研究
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张俊 杨建军 张龙《光学技术》,2012年第6期
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开发了一种基于光电探测技术的风洞模型姿态角光学测量技术,实现了对姿态角的精确、实时、非接触测量。对激光探测头、模拟试验平台进行了优化设计,编写了功能齐全的实验软件,模拟了风洞试验运行实况,深入开展了一维和二维角度测量实验和分辨率测试实验。实验结果表明,该技术可对模型变化角度进行实时精确测量,测量范围达到了-10°～10°,测量精密度为0.0023°,测量准确度为0.0026°,分辨率可达到0.001°。该光学测量技术在风洞模型的角度测量和振动测量实验中切实可行,为测量风洞试验模型的姿态及振动提供了一种简洁有效的测量方法。
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9.
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蜻蜓非均匀柔性前翼扑动飞行的气动性能研究
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刘笑尘 何心怡 何国毅 王琦 孙书美《力学学报》,2022年第54卷第4期
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为了探究柔性对于蜻蜓前翼在扑动向前飞行时的气动性能,本文根据蜻蜓前翼的实际参数建立蜻蜓前翼模型,提出了两种柔性分布方式即均匀柔性分布和沿蜻蜓前翼弦向的变柔性分布.本文通过STAR-CCM+软件,首先采用重叠网格和双向流固耦合技术,用于实现蜻蜓前翼的扑动流固耦合,其次通过改变蜻蜓前翼固体区域的杨氏模量函数从而实现蜻蜓前翼的两种不同柔性分布.结果表明,在均匀柔性分布条件下,柔性翼在杨氏模量较小时的升力系数和阻力系数曲线的变化规律滞后于刚性翼半周期并且给飞行增加阻力,但是随着杨氏模量的逐渐增加即柔性逐渐减小,蜻蜓前翼受到的阻力减小,获得的推力增加且推力给予蜻蜓前飞的动量增量、加速度以及时均推力系数先增加后减小.在合理的非均匀柔性分布条件下,柔性翼显著提高推力系数峰值和时均推力系数,在扑动前飞时,给予蜻蜓前翼较大的动量增量以及加速度.两种柔性分布方式的蜻蜓前翼与刚性翼对比之下,蜻蜓前翼在柔性为非均匀柔性分布时可以获得更好的气动性能.
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10.
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基于三路舵机驱动的扑翼飞行模型气动特性研究
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张钰 吕鹏 张俭 陈志敏《实验力学》,2012年第27卷第3期
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扑动而形成非定常气动现象是扑翼飞行过程中产生高升力的主要原因。本文以Ellington实验的鹰蛾翅膀为原形,设计扑翼实验及数值计算模型。通过压差传感器对翅膀模型上翼面固定位置进行测压,分析前缘涡的产生及脱落情况(考虑动压效应)。测量上下翼面固定位置处的压差,揭示扑翼飞行中产生高升力的主要原因。利用烟风洞观察扑翼模型周围流场结构及特殊涡产生变化情况。另外,根据Ellington提供的升力关系式估算了扑翼模型在一个周期内的平均升力。最后,基于三维欧拉方程对扑翼飞行气动特性进行数值模拟,计算结果与实验吻合良好。
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11.
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昆虫自由飞行参数的双棱镜虚拟双目测量
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胡劲松 程鹏 续伯钦《实验力学》,2007年第22卷第5期
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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。
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12.
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Aerodynamics of insect flight
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Mao SUN《力学进展》,2015年第45卷第1期
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昆虫是最早出现、数量最多和体积最小的飞行者. 它们能悬停、跃升、急停、快速加速和转弯, 飞行技巧十分高超. 由于尺寸小, 因而翅膀的相对速度很小, 从而进行上述飞行所需的升力系数很大. 但昆虫翅膀的雷诺数又很低. 它们是如何在低雷诺数下产生高升力的, 是流体力学和生物学工作者都十分关心的问题. 近年来这一领域有了许多研究进展. 该文对这些进展进行综述, 并对今后工作提一些建议. 因2005 年前的工作已在几篇综述文章有了详细介绍, 该文主要介绍2005 年以来的工作. 首先简述昆虫翅的拍动运动及昆虫绕流的基本方程和相似参数; 然后对2005 年之前的工作做一简要回顾. 之后介绍2005 年后的进展, 依次为: 运动学观测; 前缘涡; 翅膀柔性变形及皱褶的影响; 拍动翅的尾涡结构; 翼/身、左右翅气动干扰及地面效应; 微小昆虫; 蝴蝶与蜻蜓; 机动飞行. 最后为对今后工作的建议.
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13.
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昆虫飞行的空气动力学
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孙茂《力学学报》,2015年第2期
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昆虫是最早出现、数量最多和体积最小的飞行者,它们能悬停、跃升、急停、快速加速和转弯,飞行技巧十分高超,由于尺寸小,因而翅膀的相对速度很小,从而进行上述飞行所需的升力系数很大,但昆虫翅膀的雷诺数又很低。它们是如何在低雷诺数下产生高升力的,是流体力学和生物学工作者都十分关心的问题,近年来这一领域有了许多研究进展。该文对这些进展进行综述,并对今后工作提一些建议。因2005年前的工作已在几篇综述文章有了详细介绍,该文主要介绍2005年以来的工作。首先简述昆虫翅的拍动运动及昆虫绕流的基本方程和相似参数;然后对2005年之前的工作做一简要回顾。之后介绍2005年后的进展,依次为:运动学观测;前缘涡;翅膀柔性变形及皱褶的影响;拍动翅的尾涡结构;翼/身、左右翅气动干扰及地面效应;微小昆虫;蝴蝶与蜻蜓;机动飞行。最后为对今后工作的建议。
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14.
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基于透射电镜晶格图像数字云纹的应变测量方法
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高智逊 马路路 邢华丹 赵煜乘 仇巍《实验力学》,2019年第2期
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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。
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15.
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AS LIGHT AS A BUTTERFLY,AS THIN AS A BEE-THE MYSTERY OF DRAGONFLIES BASED ON FLUID MECHANICS 1)
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JIANG Nan YANG Shaoqiong《力学与实践》,2019年第41卷第4期
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从鉴赏描写蜻蜓的古代诗词入手,介绍了蜻蜓这种经过亿万年进化昆虫的神奇流体力学特性。重点介绍了蜻蜓的复眼、蜻蜓翅膀消除振颤、蜻蜓表皮的超疏水与鳞片减阻、蜻蜓幼虫的喷水推进等力学特性及其对工程技术发展的重要启示,同时介绍了蜻蜓机器人的发展现状。
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16.
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轻于粉蝶瘦于蜂——漫话蜻蜓的流体力学奥秘
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姜楠 杨绍琼《力学与实践》,2019年第4期
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从鉴赏描写蜻蜓的古代诗词入手,介绍了蜻蜓这种经过亿万年进化昆虫的神奇流体力学特性。重点介绍了蜻蜓的复眼、蜻蜓翅膀消除振颤、蜻蜓表皮的超疏水与鳞片减阻、蜻蜓幼虫的喷水推进等力学特性及其对工程技术发展的重要启示,同时介绍了蜻蜓机器人的发展现状。
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17.
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蜻蜓翅膀宏细观结构的实验观察与力学分析
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赵红晓《固体力学学报》,2013年第34卷第1期
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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.
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18.
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航磁姿态数据收录系统设计 被引次数：1
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孙肖南 孙陶 辛春英 贾化山《应用声学》,2017年第25卷第5期
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随着计算机的发展,航空磁法测量的磁补偿方式已从手动补偿转变为自动补偿方式,其磁补偿干扰系数的计算,也在补偿标定飞行中自动完成,磁补偿系数的准确程度是由标定飞行所完成动作(摇摆、俯仰、偏航)的准确性来决定,因而对飞机姿态角度的数据记录和显示,可以为航磁补偿质量的评价提供一种依据,还可以在测区做业的数据处理中,检查航磁探头在测区中工作角度的变化,排除航磁探头进入到死区内的干扰数据；因此在航空物探测量中对飞行姿态数据的采集是很有必要的,该软件应用C++Builder编译系统,实现了在航空磁法测量中对航磁数据、GPS数据、飞行姿态动作数据的实时采集、记录和显示,也为补偿软件的开发提供飞行姿态数据的支持。
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19.
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用CCD检测钢丝的直径
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王钠《现代物理知识》,2002年第13卷第4期
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目前许多搞精细钢丝生产的企业,为了更好地解决生产过程中由于钢丝直径不均匀而造成产品不合格的问题,在工业生产中引入了实时ＣＣＤ尺寸检测技术。ＣＣＤ用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触检测技术,各种线阵ＣＣＤ均可以用于尺寸的测量。其基本结构包括光敏元阵列、存储栅、转移栅及模拟移位寄存器。比较典型的是二相线阵ＣＣＤ,它由若干个ｐｎ结光电二极管构成光敏元阵列,每个光敏单元的尺寸如长、高及相邻光敏元中心距(均是微米量级)依型号的不同而不同。
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20.
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基于摄像测量原理的船体垂向变形测量半实物仿真实验研究
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孙聪 刘海波 陈圣义 张小虎《实验力学》,2015年第30卷第5期
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针对船体垂向变形测量的迫切需求,以及现有方法对于垂向变形适用性差的实际情况,提出了一种利用摄像测量原理实现垂向变形测量的新方法,推导了设备垂向变形角与姿态欧拉角变化量之间的转换关系,在此基础上设计了船体垂向变形测量方案。通过在平台上的CCD像机对与垂向设备基座固连的合作标志的实时观测,解算由于变形引起的合作标志姿态变化量,再利用合作标志与设备基座固连关系计算设备的垂向变形角。在实验室条件下进行了半实物仿真实验,实验结果测量值与参考值变化趋势一致,测量误差均在10″以下,说明该方法在垂向变形测量中正确可行。
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