三维仿生悬停扑翼的时间非对称扑动及柔性变形耦合气动机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51505347
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In order to improve the loading capacity and flapping efficiency of the bionic hovering wing, the aerodynamic characteristics of the hovering humblebee is investigated in this project. The investigation of some special wing motion of the hovering insect on the aerodynamic characteristics and vortex transport of flapping wing is carried out by using numerical and prototype flight test method for the basic scientific research. The research involves: firstly, the improvement of the existing studying hovering humblebee characteristics of symmetric flapping model is carried out, and the asymmetric flapping model is established. Secondly, Through the analysis of the mechanical properties of the insect wing, three-dimensional numerical model of the bionic flexible wing is established, and the self-developed coupling algorithm is employed to achieve the aerodynamic characteristics of the hovering bionic wing with asymmetric flapping, flexibility and fluid flow coupling analyzing. Finally, the response surface methodology is employed to optimize the aerodynamic parameters of the hovering wing, and the prototype is designed for the validation. The object of this research is to reveal the effect of time asymmetric flapping and flexibility of wing on the aerodynamic characteristics and vortex transport of flapping wing, and it is hoped to provide new ideas and theoretical basis for the development of a stronger loading capacity and a higher flight efficiency of flapping micro air vehicle (FMAV).
本项目以黄蜂悬停时扑翼的气动特性为研究对象,以提高仿生悬停扑翼的负载能力和飞行效率为研究目标,采用数值计算和样机飞行实验相结合的方法,对昆虫悬停时涉及到的一些特殊的扑翼运动方式和流体相互作用机制及流场中涡的运动特性进行基础科学研究。具体研究内容包括:首先改进现有研究仿黄蜂悬停扑翼气动机理的对称扑动模型,构建悬停扑翼的时间非对称扑动轨迹模型;然后通过对黄蜂翅膀力学特性分析,构建三维仿生扑翼柔性变形的数值计算模型,并采用自编的耦合算法实现对扑翼的时间非对称扑动、柔性变形和流体流动相互耦合气动特性的数值研究;最后采用响应面法对扑翼的气动参数进行优化,并设计扑翼样机,进行飞行验证。本项目旨在揭示时间非对称扑动及柔性变形耦合对三维仿生悬停扑翼负载能力和飞行效率及流场中涡运动机制的影响规律,为研制负载能力更强和飞行效率更高的微型扑翼飞行器提供理论和技术基础。

结项摘要

负载能力和飞行效率问题限制了扑翼飞行器的发展和广泛应用。本项目依照申请时的研究计划,采用数值计算和样机飞行实验相结合的方法,研究了时间非对称扑动和柔性变形对三维仿黄蜂悬停扑翼气动特性产生的影响。开发了一套可有效求解三维仿生扑翼的时间非对称扑动和柔性变形数值计算程序,并对程序的正确性和有效性进行了验证。得到了扑翼升力系数均值和悬停效率随下扑时间比变化的性能曲线,并通过流场分析发现,采用时间非对称扑动可增强使扑翼产生高升力的旋转环流机制及扑翼表面涡流和展向流强度的结论;得到了扑翼升力系数均值和悬停效率随扑翼柔性尺度变化的性能曲线,并指出扑翼扑动频率和系统固有频率相同,且扑翼密度和黄蜂翅膀密度相同时,柔性变形可抑制前缘涡的脱落,并增强使扑翼产生高升力的尾迹捕捉机制的结论。最后基于数值分析结果,研制了一款具有一定悬停能力的两自由度扑翼样机,该样机理论最大负载可达5g。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(3)
Numerical study of a variable camber plunge airfoil under wind gust condition
阵风条件下变弯度切入翼型的数值研究
  • DOI:
    10.1007/s12206-015-1015-z
  • 发表时间:
    2015-11-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Zhu, Jianyang;Jiang, Lin;Lei, Bin
  • 通讯作者:
    Lei, Bin
6R两自由度空间扑翼机构设计与分析
  • DOI:
    10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0207
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹金秋;金晓宏;朱建阳
  • 通讯作者:
    朱建阳
Effect of Wing-Wing Interaction on the Propulsive Performance of Two Flapping Wings at Biplane Configuration.
双翼布局下翼翼相互作用对两个扑翼推进性能的影响
  • DOI:
    10.1155/2018/8901067
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied bionics and biomechanics
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhu J;Lei B
  • 通讯作者:
    Lei B
三维仿生悬停扑翼的时间非对称扑动气动特性
  • DOI:
    10.13224/j.cnki.jasp.2017.04.0010
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    航空动力学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱建阳;蒋林;雷斌
  • 通讯作者:
    雷斌
Effect of wind fluctuating on self-starting aerodynamics characteristics of VAWT
脉动风对VAWT自启动气动特性的影响
  • DOI:
    10.1007/s11771-016-3263-1
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Journal of Central South University
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Zhu Jian-yang;Jiang Lin;Zhao Hui
  • 通讯作者:
    Zhao Hui

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Sierpinski铺垫上Gaussian自旋系统的临界动力学研究
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    陈建珍;朱建阳
  • 通讯作者:
    朱建阳
网络“建筑学”
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《物理》
  • 影响因子:
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  • 作者:
    朱涵;王欣然;朱建阳
  • 通讯作者:
    朱建阳

其他文献

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朱建阳的其他基金

低雷诺数下三维仿生半主动扑翼涡流运动机制及其捕能性能研究
  • 批准号:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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