科技成果

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成果名称: 仿生微型飞行器相关技术

成果登记号: 9612014Y0263

第一完成单位: 西北工业大学

联 系 人: 宋笔锋

成果类型: 应用技术

技术领域: 航空航天

应用行业: 制造业

成果简介:

   本项目属于航空飞行器设计领域,主要通过仿生微型飞行器的先进设计技术研究研制出具有较高飞行性能和实用价值的单人便携式空中巡检系统,解决应急救援、人畜物流动监控、探测巡检等方面的急需。   本项目针对微型飞行器飞行效率低、抗风能力差等不足,利用仿生飞行技术突破了制约微型飞行器性能提升的关键技术,在仿生飞行器设计计算和实验、高效仿生机制的实现方法、仿生自主飞行控制、抗风仿生微型飞行器研制等方面取得了多方面的技术突破和创新成果:   1、建立了系统的仿生微型飞行器设计计算和实验手段。发展了基于NS方程、三种湍流模型、实测结构振型和模态的柔性机翼气动/结构耦合计算方法,突破了柔性机翼复杂粘性流动、气动/结构强耦合情况下的精确空气动力学计算、相对大变形柔性结构模拟等国际公认难题;开发出了能模拟真实飞行的三维扑动和俯仰/沉浮运动形式、精确测量柔性机翼动态气动力与瞬时变形的仿生微型飞行器风洞实验系统,成为国内唯一能实现多维复杂运动形式并精确测量柔性翼动态气动力和实时变形的超低湍流度风洞实验系统。   2、发明了具有三维扑动能力和变幅扑动能力的仿生机构,实现了更高效的仿生飞行方式。基于飞行生物的翅膀运动变化形式,以最小的体积、重量代价研制出了扑动、扫掠、俯仰组合的三维仿生扑动机构和无级变幅的仿生扑动机构,形成了三大系列、十余种类型的仿生机构,建立了仿生飞行器实现高仿生程度和高飞行效率的基础。   3、首次实现了仿生扑翼飞行器的自主飞行,发明了适合仿生飞行器特点的微型飞控/导航系统。采用全状态完全非线性卡尔曼滤波算法和基于总能量解耦的纵向自适应控制算法,解决了仿生飞行器加速度、速度、姿态剧烈大幅度抖震情况下的姿态解算和鲁棒控制难题,采用MEMS技术研制成功了国际上首个实现微型仿生飞行器自主飞行的微型飞控/导航系统。   4、提出了在突风干扰环境中具有自适应飞行能力的柔性翼仿生微型飞行器布局,发明了具有抗4级风、可单人携带和使用的两型仿生微型飞行器。获得了多种刚度分布和多种外形布局对气动效率和抗风能力的影响规律,提出了最佳的柔性固定翼和柔性扑翼布局形式。开发了仿生微型飞行器的微型机载设备、地面站、抖动图像处理软件等无人机系统组成部分,发明了具有自主飞行能力和任务能力的单人便携式仿生微型扑翼和仿生微型柔性翼无人机系统,真正实现了微型飞行器的实用化。   依托以上技术成果,发明的仿生微型飞行器能在半径4km范围内获取实时空中图像信息,飞行时间20~30分钟,并能在4级风和小雨环境下使用。项目成果申报国家发明专利18项,已授权12项。获得国家软件登记1项。发表学术论文56篇,被国际三大索引收录32篇。   项目技术成果已在陕西省应急办、陕西省地震局、陕西省高交支队等10家单位开展了应用,极大提高了应急救援、流动监控等方面的效果,获得了广泛好评。