挑战杯黑科技——魅影团队又双叒叕获奖了???

原标题:挑战杯黑科技——魅影团队又双叒叕获奖了???

5月28日,由共青团陕西省委、中共陕西省委教育工委、陕西省科学技术协会、陕西省科技厅、陕西省社会科学院、陕西省学生联合会、西安高新区管委会共同主办,西北工业大学承办的第十二届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛决赛

魅影团队的"仿生太阳能无人机"荣获特等奖!

Q

这个项目的出发点是什么?

邸伟承:我们这个出发点,是团队去年前往羌塘自然生态保护区,完成了国内首次野生藏羚羊冬季科考活动。我们在实践的过程中,发现在飞行器的友好外形,空气动力学效率等领域有更多可挖掘的潜力。所以我们一群学生组成一支小队伍,站在团队多年先进无人机技术积累之上,进一步进行科研攻关。

Q

在研发过程中有什么印象特别深刻的事情吗?

邸伟承:跨昼夜的太阳能能源系统实验,模拟真实飞行时的能量采集和使用,测试能源系统平衡和性能,团队成员在实验场地搭帐篷,和蚊虫作伴。长达两天的时间,密切监视飞机的状态,圆满完成数据采集和验证工作,收获满满。

Q

邸伟承:发展仿生飞翼布局太阳能无人机设计技术,进一步提高长航时和载荷能力,为的是更好的服务于生态保护等科考应用场景。

Q

在研发过程中遇到过哪些困难,碰到了哪些阻碍?

邸伟承:太阳能飞机独特的重量、能量参数匹配方法,从飞行器总体设计的角度,带来更复杂的分析和优化迭代,队员编写上万行代码,将各个专业领域融合在一起,优化改进,提高飞行器参数化设计水平。

为了检验设计,进行了近百次实验,其中飞行试验十余次,不论烈日酷暑还是烟雨绵绵,队员们在外场记录、排查问题,积累经验。

麻雀虽小五脏俱全,团队自行设计结构和系统,钻研工艺,亲手制作飞机,工期赶,大家吃住在加工车间,没有怨言,保质保量完成实验飞机的加工制作。

地面长航时性能模拟实验,从凌晨3点,到深夜11点。长达20个小时的实验,队员忍着困意,不顾蚊虫,只为性能的验证。

完善了超轻面密度结构设计和实验技术,展开详实理论设计和仿真、实验,目前结构面密度低至1.5千克每平米,已达国际先进水平。

开发并实现了无人机集群控制方法和通讯数据链,做到了一键式起飞,全程自主自动飞行,实现轨迹实时跟踪,获得优异的抗扰性能和稳定性能。

进一步挖掘太阳能飞行器的空气动力学性能,创新型的引入仿照大雁飞行的无人机集群技术,从理论计算和实际飞行角度,探究了仿生飞行的机理,进一步提升飞行器性能,代表同尺寸太阳能飞行器长航时指标较高水平。

高度模块化的机体设计与装配设计,充分考虑到野外作业的条件,特殊设计的机身不仅有较大载荷空间,同时可以手抛起飞和擦地降落,对起落场地要求降至最低,从实际应用角度,具有较高科研和工程实践意义。

来自西北工业大学魅影团队的“MY-sunbirds”仿生太阳能无人机项目从自然界寻找灵感,在太阳能能源的基础上,融合了仿生设计技术和仿照雁群飞行的无人机集群理念,推出了“MY-sunbirds”这样一款生态友好的太阳能飞行器。此方案应用前景广泛,在生态保护、分布式探测、智能农业、公共服务、国防建设等方面

仿生是模仿生物系统的功能和行为,来建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器的界限,将各种不同的系统沟通起来。运用仿生方法可创制新的机械,发明现代化识辨仪器,改进通信系统,设计新颖的工艺和研制人工脏器等。如现代的飞机、极地越野汽车、雷达系统的电子蛙眼、航海的声纳系统、航空建造工程的蜂窝结构、人工肾及人工心脏等,都是仿生的结晶。

仿生学的研究范围主要包括:力学仿生、分子仿生力学、能量仿生、信息与控制仿生等

(1)气动布局参考滑翔飞行的信天翁等鸟类,利用生态友好和低环境注入的特点,实现安稳、高效飞行;

(2)充分利用太阳能清洁能源,加之高效的空气动力学优化设计,实现长航时的飞行平台;

(3)通过对大雁长距离飞行的机理研究,使多架飞行器仿照大雁飞行,进一步延长航时,拓展应用领域。

太阳能飞机最大的优势是不耗一滴燃油,完全靠太阳能进行飞行,是绿色航空的未来。因其能源来源于太阳,太阳辐射照度是决定其续航能力的主要因素之一。因此,要实现跨季飞行,秋、冬低照度下的持久飞行至关重要。

作为民用太阳能无人机,处于气象云层以下,低空的湍流、大气污染、恶劣净空条件、多变气候、云层影响等,反而带来太阳能飞行器走向实用更大的挑战。

技术关键

模块既属于产品,同时又因其在总装生产中发挥的独特作用,表现为独特属性。模块与其他模块通过几何连接口、输入输出端,实现统一属性模块功能互相协调、交换,按照设计的组合使之具有新功能或形成新产品。具有强烈的独立性特征,能够与其他设计模块组合。互换性特征,根据接口的尺寸差异,能够进行模块之间的互换。通用性特征,适应生产总装的需要,在多个层面发挥功能。

技术指标

1.设计实用升限:50-5500m

2.巡航速度:10m/s

3.飞行时间:12-24小时

4.通信半径:50km

航空器在规定条件下,靠本身的动力上升能达到的最高飞行高度。分静升限和动升限两类。前者是飞机能进行平飞的最大飞行高度。后者是飞机通过跃升动作所能达到的最高高度。直升机的静升限是垂直上升时,垂直速度和水平速度都等于零时悬停的最高高度;动升限是向前爬升所能达到的最高高度。

相较于已有和其他在研无人机,这款仿生太阳能无人机有以下优势:

1.在气动布局和动力配置上,“信天翁”布局展现融入自然的友好形象,巡航时的高效低噪使其不干扰监测的动物,有更好的隐匿性;采用仿生翼型设计,增升减阻,且具有极佳力矩特性。

2 仿照雁群集群飞行,利用近距飞行的诱导涡减阻增升,进一步提升航程航时,并可以搭载多样化载荷。

3采用仿生控制面配置和仿生控制方案,针对仿生太阳能飞机器这一复杂的动力学对象,建立了全状态非线性数值仿真模型,进行了先进控制率设计和控制参数优化。实现精确姿态轨迹控制,多余度且控制效能高;

4 可折叠式机翼便于携带,操作简单,野外快速执飞。

图文供稿|邸伟承

策划|黑闰山 董爽爽

漫画|乔新博

审核|周凯 杨萌返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
免费获取
今日搜狐热点
今日推荐