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《南京航空航天大学》 2009年
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扑翼微型飞行器多学科设计优化研究

周新春  
【摘要】: 微型飞行器(Micro Air Vehicle,MAV)因尺寸小、重量轻、隐蔽性好等特点,在军事和民用领域具有十分广泛的应用前景,成为国内外研究的热点。鸟类扑翼飞行方式仅靠一对翅膀就可以完成各种复杂的机动飞行,用很小的能量进行长距离飞行,自然界的飞行生物无一例外采用扑翼方式飞行。扑翼微型飞行器仅仅使用一套扑翼系统就可以提供飞行所需要的升力和推力并具备较强的机动性。扑翼微型飞行器不需要螺旋桨或喷气发动机,大大简化结构,降低机体重量,这是与固定翼和旋翼微型飞行器相比所有的独特优点,因此扑翼微型飞行器必将在新概念飞行器研究领域占有重要地位。如何实现扑翼微型飞行器总体性能最优化是扑翼微型飞行器的一个重要研究方向。 本文分析了飞行生物的飞行方式、飞行原理和翅膀的扑动模式等,为扑翼微型飞行器的设计和优化提供理论和仿生学依据。 在扑翼微型飞行器的设计和优化工作中,扑翼的气动特性是最基础的问题和难点,了解和认识扑翼在不同运动参数下的气动特性,是对扑翼微型飞行器的设计和优化的依据。本文以南京航空航天大学微型飞行器研究中心研制的“银翅”扑翼微型飞行器为基础,建立柔性扑翼模型,对三维柔性扑翼的非定常低雷诺数流场进行数值模拟,分析各种参数对扑翼气动特性的影响,为扑翼微型飞行器多学科设计优化奠定基础。 多学科设计优化是一种解决复杂工程系统和多学科动态影响并实现优化设计的有效方法和工具,90年代初由美国AIAA正式率先提出。其主要思想是在复杂系统设计的整个过程中集成各个学科的知识,并充分考虑各门学科之间的互相影响和耦合作用,应用有效的设计/优化策略和分布式计算机网络系统,来组织和管理整个系统的设计过程,通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同作用,以获得系统的整体最优解。MDO最突出的优点在于可以通过充分考虑各学科之间的互相影响和耦合作用来挖掘设计潜力,此外,MDO还具有可以缩短设计周期、降低研制费用等优点。 本文分析研究了多学科设计优化的相关方法,通过对组成扑翼微型飞行器的相关学科分析,采用多学科设计优化的方法,对扑翼微型飞行器的设计进行优化,获得了比较好的结果,利用优化后的结果参数对扑翼微型飞行器进行改进设计并进行了飞行试验验证,为扑翼微型飞行器的设计和改型提供了综合设计手段。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V214.19

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 华欣;海鸥翅翼气动性能研究及其在风力机仿生叶片设计中的应用[D];吉林大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘冠冕;基于DFD的扑翼流场数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 刘明;支线客机增升装置气动分析与优化设计[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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3 余雄庆;;飞机总体多学科设计优化的现状与发展方向[J];南京航空航天大学学报;2008年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 肖天航;低雷诺数非定常流场的数值方法及其在微型飞行器上的应用[D];南京航空航天大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋玉旺;席平;;分析驱动设计方法研究与应用[J];北京航空航天大学学报;2009年08期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 申功炘;任禹桥;喻科;黄烁桥;谭广琨;;昆虫翅悬停飞行中的三维空间旋涡结构[A];非定常空气动力学研讨会论文选集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
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10 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
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1 周翔;微型扑翼飞行器的气动特性及其优化研究[D];南昌航空大学;2010年
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3 杨婧媛;水下结构声辐射的响应变异性分析及代理模型研究[D];大连理工大学;2010年
4 蔺晓风;微遗传优化与iSIGHT集成技术研究[D];大连理工大学;2010年
5 马永政;无人低空遥感系统的设计与实现[D];解放军信息工程大学;2009年
6 庄菲菲;基于形状敏度分析的角磨多学科性能优化[D];浙江大学;2011年
7 胡博;CRH3动车组车体结构优化设计研究[D];北京交通大学;2011年
8 刘长亮;鼓式制动器动力学分析及制动性能优化[D];吉林大学;2011年
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10 程伟;京张城际铁路八达岭地下站三洞分离结构优化研究[D];北京交通大学;2011年
【同被引文献】
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10 孙少明;徐成宇;任露泉;张永智;;轴流风机仿生叶片降噪试验研究及机理分析[J];吉林大学学报(工学版);2009年02期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 神会存;高质量工程曲面的重建与曲面品质检查分析[D];南京航空航天大学;2005年
2 孙少明;风机气动噪声控制耦合仿生研究[D];吉林大学;2008年
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5 陈坤;三种鸮形态学、飞行运动学特征规律及其仿生研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刁建美;毛细管辐射式空调系统的CFD研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 童刚;水平轴风力机叶片气动性能的数值计算和分析[D];兰州理工大学;2011年
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5 付登科;基于当地DFD的自推进游动数值模拟[D];南京航空航天大学;2011年
6 张秀萍;基于点云数据复杂曲面的三维重构[D];新疆大学;2004年
7 卢昀伟;中西方建筑仿生差异比较与发展研究[D];天津大学;2004年
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10 徐荣礼;逆向工程中散乱点云数据处理关键技术研究[D];江南大学;2006年
【二级引证文献】
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1 刘方圆;基于生物翼型的小型水平轴风力机叶片仿生设计及试验研究[D];吉林大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张海斌,薛毅;自动微分的基本思想与实现[J];北京工业大学学报;2005年03期
2 雍明培;余雄庆;;基于模块化产品平台的飞机族设计技术探讨[J];飞机设计;2006年04期
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7 朱自强;王晓璐;吴宗成;陈泽民;;小型和微型无人机的气动特点和设计[J];航空学报;2006年03期
8 张科施;韩忠华;李为吉;李响;;基于近似技术的高亚声速运输机机翼气动/结构优化设计[J];航空学报;2006年05期
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10 邵立民;宋笔锋;熊超;杨淑利;;微型扑翼飞行器风洞试验初步研究[J];航空学报;2007年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 蔡苗;多学科设计优化分布式计算环境的研究[D];南京航空航天大学;2003年
2 张立强;基于CAD的机翼气动/结构多学科设计优化[D];南京航空航天大学;2007年
【相似文献】
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1 毕文仲,王广龙,王晓浩,叶雄英,周兆英,包桂秋;微型飞行器机载摄像与无线传输系统的研究[J];电视技术;2002年06期
2 陈智敏,翁梓华;美国高校的微型飞行器比赛[J];机电技术;2003年S1期
3 包桂秋,熊沈蜀,周兆英,叶雄英,王晓浩;基于视频图像的微型飞行器飞行高度提取方法[J];清华大学学报(自然科学版);2003年11期
4 李占科,宋笔锋,宋海龙;微型飞行器的研究现状及其关键技术[J];飞行力学;2003年04期
5 崔尔杰;生物运动仿生力学与智能微型飞行器[J];力学与实践;2004年02期
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7 曹云峰,王柳文,陶勇,沈春林;微型飞行器控制与导航系统研究[J];航空电子技术;2002年01期
8 安心;;研制超微型飞行器成世界新趋势[J];决策与信息;2010年08期
9 宋宇宁 ,王晓浩,周兆英;微型飞行器的翼型拟合与模具加工[J];电加工与模具;2002年05期
10 陈皓生,陈大融,徐军,李疆;微型飞行器测控系统总线方式的选择和应用[J];电子技术应用;2001年08期
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1 陈皓生;陈大融;徐军;李疆;;一种微型飞行器测控系统的研究和设计[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
2 刘洁薇;翁培奋;杨爱明;;低雷诺数情况下微型飞行器气动性能的数值分析[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年
3 孙茂;唐剑;;微型飞行器的仿生流体力学——昆虫产生高升力的机理[A];钱学森技术科学思想与力学论文集[C];2001年
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6 杨爱明;翁培奋;;低雷诺数下微型飞行器小展弦比机翼的气动力特性分析[A];2003’全国流体力学青年研讨会论文集[C];2003年
7 黄信安;翁梓华;陈智敏;陈绵龙;金云麟;;微型飞行器的研究进展[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年
8 陈智敏;翁梓华;;美国高校的微型飞行器比赛[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年
9 刘钦彦;李勇;周兆英;郑云飞;;计算机控制小型三轴飞行模拟转台[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
10 郑祥明;昂海松;;微型飞行器非线性飞行动力学及控制技术研究[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 若水;借鉴“红将军蝶”研制微型飞行器[N];光明日报;2003年
4 清华大学精密仪器系 曾理江;昆虫运动仿生研究[N];科技日报;2002年
5 沈英甲;翱翔天际 畅游宇宙[N];科技日报;2003年
6 于媚;小小飞机设计师[N];大众科技报;2004年
7 本报记者 唐景莉;是谁为他插上翱翔的翅膀[N];中国教育报;2010年
8 中国国防科技信息中心 胡劲松 冯伟 秦致远 本报记者 别义勋;21世纪的新概念武器[N];解放军报;2001年
9 记者 王艳红;蝴蝶以6种方式飞行[N];新华每日电讯;2003年
10 本报记者王燕宁通讯员彭建华;软环境建设更迫切[N];科技日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周新春;扑翼微型飞行器多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 胡宇群;微型飞行器中的若干动力学问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
3 余春锦;柔性扑翼微型飞行器的气动特性研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 肖天航;低雷诺数非定常流场的数值方法及其在微型飞行器上的应用[D];南京航空航天大学;2009年
5 曾庆华;基于多学科综合与优化的MAV飞行控制器设计方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
6 刘洁;微型飞行器机翼三维非定常流场的数值研究和气动优化[D];上海大学;2008年
7 宋书恒;微型飞行器相关气动力特性的数值模拟[D];中国空气动力研究与发展中心;2008年
8 曾锐;仿鸟微型扑翼飞行器的气功特性研究[D];南京航空航天大学;2005年
9 朱保利;多自由度扑翼微型飞行器设计研究[D];南京航空航天大学;2007年
10 刘岚;微型扑翼飞行器的仿生翼设计技术研究[D];西北工业大学;2007年
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1 侯伟;无尾布局微型飞行器的设计[D];南京航空航天大学;2011年
2 沙军;微型飞行器地面站数字通信子系统中频处理单元的研制[D];南京航空航天大学;2010年
3 刘志强;微型飞行器阵风响应特性的风洞实验研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 宋文瑞;涵道风扇式微型飞行器气动布局设计与气动特性分析[D];南京航空航天大学;2012年
5 马杰;微型飞行器模糊控制及信号采集系统综合设计[D];南京航空航天大学;2002年
6 朱标;微型飞行器气动力估算研究[D];西北工业大学;2005年
7 韩煜;微型飞行器试飞测试平台研究[D];南京航空航天大学;2003年
8 王柳文;微型飞行器自主控制系统的研究及设计[D];南京航空航天大学;2002年
9 邓双厚;微型飞行器桨翼气动干扰问题的数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2012年
10 游学;微型飞行器飞行控制系统设计[D];南京航空航天大学;2003年
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