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基于蝶翅微结构的高速主轴冷却水套仿生热结构设计
被引量：
2
1
作者
靳岚
李孟一
谢黎明
《机床与液压》
北大核心
2023年第12期73-81,共9页
内置电机作为高速电主轴的主要发热部件之一,在实际工况中,其发热量会影响电主轴的回转精度。为了提高电主轴冷却水套的冷却效率,以自然界中闪蝶翅膀微结构的几何模型、结构功能和位形关系等为参照,结合结构相似理论设计一种具有双层包...
内置电机作为高速电主轴的主要发热部件之一,在实际工况中,其发热量会影响电主轴的回转精度。为了提高电主轴冷却水套的冷却效率,以自然界中闪蝶翅膀微结构的几何模型、结构功能和位形关系等为参照,结合结构相似理论设计一种具有双层包覆性特点的新型蝶翅仿生冷却水套。基于流体动力学及热传导特性理论,对仿生冷却水套及原始螺旋冷却水套进行流固耦合及共轭传热特性的仿真对比分析。结果表明:当冷却水的雷诺数和强迫对流换热面积相同时,电主轴仿生冷却水套的冷却效率和流动特性均优于原始的螺旋冷却水套,其中内置电机的定子热边界面最高温度降低了8%~11%;仿生冷却水套的冷却水最大流速为0.328 m/s,出入口的最大压降是478.6 Pa,相较于螺旋水套在流动特性方面都有很好的提升,对冷却水套结构设计和高速电主轴驱动电机共轭传热提供了参考。
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关键词
高速电主轴
仿生蝶翅
冷却水套
流固耦合
共轭传热
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职称材料
基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人系统设计与控制
被引量：
3
2
作者
黄海丰
贺威
+2 位作者
邹尧
杨昆翰
孙长银
《控制理论与应用》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第7期1203-1210,共8页
作为一种新型飞行机器人,仿蝴蝶扑翼飞行机器人模仿自然界蝴蝶的生物结构和飞行方式,能够有效地融入并适应复杂环境,在军民融合领域具有广阔的应用前景.目前针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的研究大多停留在对生物蝴蝶飞行机理的研究,鲜有能...
作为一种新型飞行机器人,仿蝴蝶扑翼飞行机器人模仿自然界蝴蝶的生物结构和飞行方式,能够有效地融入并适应复杂环境,在军民融合领域具有广阔的应用前景.目前针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的研究大多停留在对生物蝴蝶飞行机理的研究,鲜有能够实现自由可控飞行的机器人系统.本文设计了一款基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人,名为USTButterfly-S,其翼展50 cm,重50 g,可实现长达5分钟的自由可控飞行.首先结合生物蝴蝶翅膀的扑动特征,设计了双曲柄双摇杆对称扑翼驱动机构.然后模仿凤蝶的翅翼形状,设计了仿蝴蝶翼型.对翅膀的几何学分析表明,USTButterfly-S的翅膀与凤蝶具有较好的形态相似性.接着针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的转向控制问题,首次采用线驱动机构拉动翅膀调节翅翼面积,进而实现了USTButterfly-S的无尾航向控制.最后集成自主设计的飞控系统,USTButterfly-S能够实现室内盘旋飞行并进行实时航拍.在实际飞行实验中,USTButterfly-S展现出类似生物蝴蝶的飞行特征.
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关键词
仿生机器人
仿蝴蝶扑翼飞行机器人
系统设计
无尾控制
线驱动
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职称材料
拓扑优化与仿生设计在空间太阳能电站热设计中的应用
被引量：
1
3
作者
樊冠恒
段宝岩
《计算力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第4期445-451,共7页
高效热设计与热控制是高功率连续微波无线传能与空间太阳电站(SSPS)领域的研究热点之一,引起了国内外同行专家的高度关注与浓厚兴趣。本文针对欧米伽空间太阳能电站(SSPS-OMEGA)的结构特点及其对热设计与热控提出的巨大挑战,基于拓扑优...
高效热设计与热控制是高功率连续微波无线传能与空间太阳电站(SSPS)领域的研究热点之一,引起了国内外同行专家的高度关注与浓厚兴趣。本文针对欧米伽空间太阳能电站(SSPS-OMEGA)的结构特点及其对热设计与热控提出的巨大挑战,基于拓扑优化与仿生的思想,提出了一种新的热设计策略与方法。首先,联合流体出口边界与流道构型,建立最小化表面平均温度和流道压力损失的优化模型,得到陀螺馈源光伏阵上背板流道最优的出口位置与最佳拓扑构型,使馈源中的热量导出效率明显提高。其次,建立了仿蝴蝶翅膀形状与结构的对自由空间辐射散热的布局与拓扑优化模型,在满足性态前提下显著提升辐射效率。再者,分析推导了非线性目标和约束函数关于设计变量的灵敏度计算公式与迭代格式。最后,将本文模型与方法应用于欧米伽空间太阳能电站热设计,得到了满意的结果。
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关键词
欧米伽空间太阳能电站
拓扑优化
仿蝴蝶翅膀设计
空间热设计与热控制
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职称材料
题名
基于蝶翅微结构的高速主轴冷却水套仿生热结构设计
被引量：
2
1
作者
靳岚
李孟一
谢黎明
机构
兰州理工大学机电工程学院
出处
《机床与液压》
北大核心
2023年第12期73-81,共9页
基金
国家自然科学基金地区科学基金项目(51965035)。
文摘
内置电机作为高速电主轴的主要发热部件之一,在实际工况中,其发热量会影响电主轴的回转精度。为了提高电主轴冷却水套的冷却效率,以自然界中闪蝶翅膀微结构的几何模型、结构功能和位形关系等为参照,结合结构相似理论设计一种具有双层包覆性特点的新型蝶翅仿生冷却水套。基于流体动力学及热传导特性理论,对仿生冷却水套及原始螺旋冷却水套进行流固耦合及共轭传热特性的仿真对比分析。结果表明:当冷却水的雷诺数和强迫对流换热面积相同时,电主轴仿生冷却水套的冷却效率和流动特性均优于原始的螺旋冷却水套,其中内置电机的定子热边界面最高温度降低了8%~11%;仿生冷却水套的冷却水最大流速为0.328 m/s,出入口的最大压降是478.6 Pa,相较于螺旋水套在流动特性方面都有很好的提升,对冷却水套结构设计和高速电主轴驱动电机共轭传热提供了参考。
关键词
高速电主轴
仿生蝶翅
冷却水套
流固耦合
共轭传热
Keywords
High-speed
motorized
spindle
bionic
butterfly
wing
Cooling
water
channel
Fluid-solid
coupling
Conjugate
heat
transfer
分类号
TP191.9 [自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
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职称材料
题名
基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人系统设计与控制
被引量：
3
2
作者
黄海丰
贺威
邹尧
杨昆翰
孙长银
机构
北京科技大学人工智能研究院
北京科技大学自动化学院
东南大学自动化学院
出处
《控制理论与应用》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第7期1203-1210,共8页
基金
国家自然科学基金项目(61933001,61921004)
北京高校高精尖学科“北京科技大学―人工智能科学与工程”项目资助。
文摘
作为一种新型飞行机器人,仿蝴蝶扑翼飞行机器人模仿自然界蝴蝶的生物结构和飞行方式,能够有效地融入并适应复杂环境,在军民融合领域具有广阔的应用前景.目前针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的研究大多停留在对生物蝴蝶飞行机理的研究,鲜有能够实现自由可控飞行的机器人系统.本文设计了一款基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人,名为USTButterfly-S,其翼展50 cm,重50 g,可实现长达5分钟的自由可控飞行.首先结合生物蝴蝶翅膀的扑动特征,设计了双曲柄双摇杆对称扑翼驱动机构.然后模仿凤蝶的翅翼形状,设计了仿蝴蝶翼型.对翅膀的几何学分析表明,USTButterfly-S的翅膀与凤蝶具有较好的形态相似性.接着针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的转向控制问题,首次采用线驱动机构拉动翅膀调节翅翼面积,进而实现了USTButterfly-S的无尾航向控制.最后集成自主设计的飞控系统,USTButterfly-S能够实现室内盘旋飞行并进行实时航拍.在实际飞行实验中,USTButterfly-S展现出类似生物蝴蝶的飞行特征.
关键词
仿生机器人
仿蝴蝶扑翼飞行机器人
系统设计
无尾控制
线驱动
Keywords
bionic
robot
butterfly
-inspired
flapping-
wing
aerial
robot
system
design
tailless
control
wire-driven
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
拓扑优化与仿生设计在空间太阳能电站热设计中的应用
被引量：
1
3
作者
樊冠恒
段宝岩
机构
西安电子科技大学机电科技研究所
出处
《计算力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第4期445-451,共7页
基金
国家自然科学基金重大项目(51775404,51607131)
国家自然科学基金重点项目(U1637207)资助项目.
文摘
高效热设计与热控制是高功率连续微波无线传能与空间太阳电站(SSPS)领域的研究热点之一,引起了国内外同行专家的高度关注与浓厚兴趣。本文针对欧米伽空间太阳能电站(SSPS-OMEGA)的结构特点及其对热设计与热控提出的巨大挑战,基于拓扑优化与仿生的思想,提出了一种新的热设计策略与方法。首先,联合流体出口边界与流道构型,建立最小化表面平均温度和流道压力损失的优化模型,得到陀螺馈源光伏阵上背板流道最优的出口位置与最佳拓扑构型,使馈源中的热量导出效率明显提高。其次,建立了仿蝴蝶翅膀形状与结构的对自由空间辐射散热的布局与拓扑优化模型,在满足性态前提下显著提升辐射效率。再者,分析推导了非线性目标和约束函数关于设计变量的灵敏度计算公式与迭代格式。最后,将本文模型与方法应用于欧米伽空间太阳能电站热设计,得到了满意的结果。
关键词
欧米伽空间太阳能电站
拓扑优化
仿蝴蝶翅膀设计
空间热设计与热控制
Keywords
SSPS-OMEGA
topology
optimization
bionic
butterfly
wing
design
space
thermal
design
and
control
分类号
O224 [理学—运筹学与控制论]
TE09 [理学—数学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于蝶翅微结构的高速主轴冷却水套仿生热结构设计
靳岚
李孟一
谢黎明
《机床与液压》
北大核心
2023
2
下载PDF
职称材料
2
基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人系统设计与控制
黄海丰
贺威
邹尧
杨昆翰
孙长银
《控制理论与应用》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
3
下载PDF
职称材料
3
拓扑优化与仿生设计在空间太阳能电站热设计中的应用
樊冠恒
段宝岩
《计算力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2021
1
下载PDF
职称材料
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