为了改善现有垂直轴风力机的启动性能和风能利用率,提出了一种基于齿轮连杆结构的被动变桨距结构,并利用运动学仿真软件ADAMS验证了变桨距机构的可行性;此外,还对流体求解器Fluent进行二次开发,编制了一套可有效求解被动变桨距垂直轴风力机和流体流动相互作用的计算程序,并在6 m/s的风速下分析不同变桨振幅对风力机捕能性能的影响。结果表明:所提出的被动变桨距机构能够提升风力机的启动性能,在±25°变桨振幅下风力机的风能利用率达到了17.633%。

多孔同心式液压脉动衰减器采用穿孔管作为压力脉动的衰减部件,通过改变穿孔管的阻抗特性,避开系统的流固耦合谐振点。传统的衰减器在低频段衰减效果良好,但在中频和高频效果欠佳。通过改变穿孔管内部穿孔段的孔径、管壁厚度、穿孔率来优化衰减器在中频和高频段的衰减效果。在LMS Virtual.Lab Acoustics的管道声学有限元模块中应用了传递导纳函数,通过常温下衰减器的传递损失计算,得到衰减器在中频和高频段良好的衰减性能,并通过两负载法进行实验论证。

现有仿生扑翼飞行器大多针对单一飞行模式进行设计与研究,无法实现复杂多变的飞行姿态。文中根据鹰的飞行特性,以空间RSSR机构和多连杆机构为出发点,设计了一种扑动-折叠-扭转的仿鹰扑翼机构,以实现多飞行模式。首先,通过鹰的仿生学研究,根据总体设计目标提出多飞行模式扑翼飞行器功能设计要求;其次,基于XFLR5建立了多飞行模式扑翼的气动力模型,分析了起飞、巡航、降落3种典型飞行模式下的翅翼气动力的变化规律;最后,根据飞行参数建立了机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑翼在不同飞行模式下的运动变化规律及翼尖轨迹曲线。证明该扑翼机构具有良好的仿生运动特性和气动特性,为多飞行模式微型扑翼飞行器提供了设计参考。

以所研制的两自由度扑翼飞行器为研究对象,将飞行器扑动角和扭转角变化曲线拟合后写入用户自定义功能(UDF)程序耦合到Fluent流体求解器中,分析扑翼运动时产生的平均升力系数、推力系数和能量系数,并将分析结果与单自由度扑翼飞行器进行对比。结果表明:两自由度扑翼的平均升力系数比单自由度扑翼提高了1.88倍,平均推力系数提高了1.75倍。同时,两自由度扑翼平均能量系数降低了27.5%,具有更好的举升效率和推进效率,说明所设计的两自由度扑翼飞行器能产生足够飞行的升力,比传统的单自由度扑翼飞行器具有更好的气动性能。

针对现有扑翼飞行器的扑翼机构结构单一、无法实现灵巧高效的仿生运动等缺点,在单驱动方式的基础上,设计了一种能够同时实现扑动和两级折叠运动的新型扑翼机构,据此提出一种三段式扑翼机构分析模型,并建立了机构的运动学和气动力计算模型。分析了扑翼机构在一个运动周期中翅翼的折叠角度及升力变化规律,证明上述机构符合仿生设计要求,并且有较好的气动力特性。分析了在三种典型飞行状态下内、中、外三段翅翼所受的气动力变化,并与两段式扑翼模型进行了比较。相较于单段式与两段式扑翼,三段式扑翼机构具有更好的仿生运动特性和气动性能。

对现有空间连杆机构进行分析改进，提出了一种6R对称布置的具有两自由度的空间扑翼机构。首先，通过对6R空间扑翼机构理论计算和仿真分析，得到了不同杆长对翼尖“8”字形轨迹的影响规律。然后，提出通过调整扑翼平均上反角来提高飞行平稳性的方法。最后，采用Adams对本文设计的机构进行仿真分析，结果表明所设计的空间扑翼机构传动流畅平稳，并满足扑动角和扭转角相位相差906;。