仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术
１． 引言
自古以来，人们就梦想着在天空自由翱翔，对鸟在滑翔状态下的研究使人类乘着飞机上了天。但在一般情况下，昆虫和鸟类翅膀具有很大的机动灵活性，生物超强的飞行能力也引起了人们的极大兴趣，如昆虫利用其薄如蝉翼的翅膀高频振动，能够实现前飞、倒飞、侧飞及倒着降落等特技飞行。对生物生理结构和飞行机理的研究为仿制出具有更大飞行灵活性的新型扑翼飞行器打下坚实基础。
随着对生物飞行机理的认识和微电子机械技术（ＭＥＭＳ）、空气动力学和新型材料等的快速发展，仿生扑翼飞行器在目前已成为一个新的研究热点。由于其在军事和民用上均具有广泛的应用前景，许
多国家都已在这方面进行了研究，如美国加州大学伯克利分校、日本东京大学等都已经在这个领域进行了深入的研究探索工作，国内的科学家们也开始了这方面的基础和应用研究工作。本文主要介绍了仿生扑翼飞行器的特点和关键技术，以及其在国内外的研究现状，并进行了对比分析思考，提出了相应的见解。
１． 仿生扑翼飞行器的特点
仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。该类飞行器若研制成功，那么与固定翼和旋翼飞行相比，它便具有独特的优点：如原地或小场地起飞，极好的飞行机动性和空中悬停性能以及飞行费用低廉，
仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术
o 周骥平 武立新 朱兴龙
扬州大学机械工程学院
［摘 要］ 本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其应用，概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。在此基础上，就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论，并结合目前研究情况，对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。［关键词］ 仿生；扑翼飞行器；微型飞行器；关键技术
[Abstract] Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ， ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｆｌａｐｐｉｎｇ－ｗｉｎｇ ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅ （ＦＡＶ） ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ＦＡＶ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｓｅ， ｓｅｖｅｒａｌ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ＦＡＶ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎ ， ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＦＡＶ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｉｓ ｏｕｔｌｉｎｅｄ．
[Keywords] Ｂｉｏｎｉｃｓ； Ｆｌａｐｐｉｎｇ－ｗｉｎｇ ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅ； Ｍｉｃｒｏ ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅ； Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
［作者简介］周骥平（１９６０－），男，扬州大学机械工程学院院长，博士，教授，研究领域：
机电一体化，机械设计理论与方法等．
＊基金项目：江苏省高校自然科学基金项目资助（０２ＫＪＤ４６００１０）
综述
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它将举升、悬停和推进功能集于一扑翼系统，可以用很小的能量进行长距离飞行，因此更适合在长时间无能源补充及远距离条件下执行任务。自然界的飞行生物无一例外地采用扑翼飞行方式，这也给了我们一个启迪，同时根据仿生学和空气动力学研究结果可以预见，在翼展小于１５ｃｍ时，扑翼飞行比固定翼和旋翼飞行更具有优势，微型仿生扑翼飞行器也必将在该研究领域占据主导地位。
生物飞行能力和技巧的多样性多半来源于他们翅膀的多样性和微妙复杂的翅膀运动模式。鸟类和昆虫的飞行表明，仿生扑翼飞行器在低速飞行时所需的功率要比普通飞机小的多，并且具有优异的垂直起落能力，但要真正实现像鸟类翅膀那样的复杂运动模式，或是像蜻蜓等昆虫那样高频扑翅运动非常困难，设计仿生扑翼飞行器所遇到的控制技术、材料和结构方面等问题仍是一难题，但将这种概念用机械装置去实现，本身并不是决定性的，关键是在于人类要去不断的尝试。
仿生扑翼飞行器通常具有尺寸适中、便于携带、飞行灵活、隐蔽性好等特点，因此在民用和国防领域有十分重要而广泛的应用，并能完成许多其他飞行器所无法执行的任务。它可以进行生化探测与环境监测，进入生化禁区执行任务；可以对森林、草原和农田上的火灾、虫灾及空气污染等生态环境进行实时监测；可以进入人员不易进入地区，如地势险要战地，失火或出事故建筑物中等；特别在军事上，仿生扑翼飞行器可用于战场侦察、巡逻、突袭、信号干扰及进行城市作战等。
２ 国内外研究情况
２．１ 早期研究情况
众所周知，早在中国西汉时代就曾有人来模仿鸟的飞行，世界上第一架按技术规程设计 的扑翼机图纸出自著名画家达．芬奇之手，它是根据鸟类飞行机理进行设计的，至今仍完好地保存在博物馆内。但过了３００多年后，科学家们才重新开始考虑扑翼机，并把它作为一种飞行器来研究。在１９世纪中期，由考夫曼、英国人哈尔格莱夫和德国人李林塔尔对扑翼机理论所作的研究及实践成为扑翼飞行器发展史上重要的里程碑。
２０世纪初，俄罗斯科学家和设计师们在这一领域内取得了重大突破，但鉴于知识背景，当时的扑翼飞行器也不能算理想的飞行器。一系列的失败迫使科学家们重新进行计算设计，通过试飞实践和所积累的理论资料，科学家们看到了许多问题，如：机翼煽动时效果不明显，并未产生理想的升力和推力。另外，关键一点是科学家们认识到之前那些仅靠人体自身肌肉的力量来驱动的扑翼飞行器是无法实现持续飞行的。由此至２０世纪中后期，人类历经艰辛才发明了扑翼滑翔飞行器和动力扑翼飞行器。前者仍由人发出功率，故不能独立起飞，只有获得必要的高度才能滑翔飞行，在无上升气流情况下，要靠驾驶员人力煽动机翼，以减缓某一时刻的下降速度；后者当时则利用了发动机来完全或部分取代人力。在１９８６年，美国人波拉?麦克里迪在动力扑翼飞行器上取得过一定成绩，但须要加装大传动比的减速器才能使发动机满足扑翼工作要求，相比之下，蒸汽发动机、电动机等更适合扑翼飞行器使用。
２．２ 国外的研究进展
初期的扑翼飞行器发展融入了许多科学家的艰苦努力，但整体上都显得较为庞大且也相当笨重，离实用还相距甚远，和目前发展的扑翼飞行器相比，也显得很笨拙，但是却为后期的研究工作提供了一定的理论基础和实践经验。随着
ＭＥＭＳ技术、空气动力学和新型材料等的发展，如今的扑翼飞行器也越来越灵巧且逐渐小型化，离实用也越来越近，它的发展也成为飞行器研究领域最为热门的前沿学科。其主要的进展有以下几方面：
２．２．１“大扑翼”
２０世纪末， 扑翼飞行器的发展也取得了可喜的成功．在１９９６年，加拿大人詹姆斯．德拉瑞尔研制了“大扑翼”，由２４马力的两冲程超轻型发动机通过一个机械驱动装置直接与机翼相连，一个链齿条装置驱动位于飞行员身后的两个构架上下运动，使机翼中段被反复抬出。在发动机转到３８００转／分的最大速度时，机翼能扑动１．３次每秒。德拉瑞尔也认识到设计上最大的挑战是机翼，必须承认这是历史上技术最复杂的机翼。通过研究鸟类飞行的慢动作照片，结果发现在这一瞬间发生了太多不同的运动，要模仿这些运动实在不易。在设计时，德拉瑞尔提出，只要能产生扑动和扭转运动巧妙结合的效果就足够了，经过多年研究，他们验证了一种剪切—弯曲设计和三轴控制方法原理的可行性，在“大扑翼”上，飞行员通过操纵水平安定面来控制俯仰，侧向控制应该是扑翼的第三个功能，“大扑翼”的机翼还不行，它的机翼设计排除了使用常规的副翼进行直接滚转控制的可能，因此还得依靠方向舵。至于滚转控制则靠的是一种偏航—滚转耦合的方法。然而理论研究和模型试验不能证明一切，所有设计都还需在试飞中检验。今天的扑翼飞行器就像上个世纪４０年代的超音速飞机一样，未知领域还非常多，特别是稳定性和控制问题在设计过程中是非常重要的难题。遗憾的是“大扑翼”的首次试飞以及改进后的试飞均未达到要求，但它却为随后的深入研究提供了很好的经验基础。
２．２．２“夜鹰”
在“大扑翼”的研究期间，加拿大人杰姆?泰斯和赛德也正在尝试研制扑翼机—“夜鹰”，他们的设计原理与德拉瑞尔的完全不同，而是更想接近鸟类的飞行方式，因而飞行器没有垂尾和方向舵，而是靠控制扑翼角度和频率来操纵，加上一个独立控制的鸽子似的尾部上下、左右地运动或扭转着，同时在气流合适时保持滑翔，转向则是靠独立反向机翼弯曲。他们利用液压作动力驱动，能对扑翼角度和频率施加直接控制，当然控制的量还得由计算机精确掌握，同时液压部件也要有很高的重复频率和疲劳耐受力。虽然“夜鹰”在理论研究研究上渐趋成熟，但试飞结果同“大扑翼”一样，也未达到既定要求，故还需不断改进。
２．２．３ 微型扑翼飞行器
自２０世纪中后期以来，鉴于仿生扑翼飞行器潜在的更具吸引力的应用前景，其在短时间内就吸引了许多研究者的关注，关于较大尺寸及微型扑翼的空气动力学研究也逐渐成为热点。１９７３年Ｗｅｉｓ－Ｆｏｇｈ在对黄蜂的飞翔运动研究的基础上，提出了一种产生升力的“振翅拍击和挥摆急动（Ｃｌａｐ ａｎｄ Ｆｌｉｎｇ）”机构，并论述了这种机构产生瞬时升力的机理。１９９１年Ｄｅｌａｕｒｉｅｒ等人成功试飞了无线电遥控的由发动机驱动的扑翼机，并给出了其飞行动力学模型。１９９４年Ｓｍｉｔｈ用有限元法和气动翼段法建立了飞蛾翅膀的弹性动力学与空气动力学耦合模型，研究了在气动力和惯性力作用下翼的各阶弯曲和扭转振型，并与刚性翼模型进行了对比。１９９６年英国剑桥大学的Ｅｌｌｉｎｇｔｏｎ等人为研究扇翅周围的旋涡，研制了雷诺数与天蛾相同的扇翅模型－－－扇板。此扇板在下扇时产生一种强烈的前缘旋涡，力量很大，是
对升力的一种解释。１９９７年Ｈａｌｌ等人提出一种使扑翼大幅值拍打产生升力和推力的最小环流分布的计算方法；Ｊｏｎｅｓ等人系统地分析计算了单扑翼和前后组合扑翼的非定常流场、推力和功率。１９９９年美国加州大学的Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ等人对机械翅在一个装满矿物油的油罐中进行试验，模拟昆虫在低雷诺数下的飞行情况，得出了昆虫依靠延后失速、旋转循环与尾流捕获的共同作用来产生高升力的结论。Ｗｅｉ Ｓｈｙｙ等人从生物学角度出发，主要研究了低雷诺数下的扑翼运动和柔性翼型对飞行的影响，进而研究了微扑翼飞行器设计中的一些关键问题。Ｊｏｎｅｓ研制出一个具有上下两对均可产生拍打和俯仰运动的翼展为１２７０ｍｍ的扑翼机构，并进行了风洞试验。由此可以看出，国际上关于大尺寸扑翼的研究已经从单纯理论分析计算开始转向研制实际扑翼机构。
微型扑翼飞行器的兴起与美国国防高级研究计划局（ＤＡＲＰＡ）的重视是分不开的。早在１９８２年，美国加洲大学伯克利分校就开始进行微型扑翼飞行的运动机理和空气动力学的实验研究，并在十几年研究的基础上于１９９８年开始实行微型扑翼飞行昆虫（ＭＦＩ）的研究计划，目的是模拟苍蝇的独特飞行性能，设计出一种能够独立自主操纵的微飞行机器。除此之外，美国佐治亚理工学院（ＧＴＲＩ）的“Ｅｎｔｏｍｏｐｔｅｒｓ”是工程师Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ和他的助手研制的“仿昆虫微型扑翼飞行器”，这种微型飞行器有着与蝴蝶翅膀相似的机翼，机翼采用特殊结构和材料制成，可在一种往复式化学肌肉驱动（ＲＣＭ）下上下煽动，机翼上下煽动能根据昆虫飞行原理提供升力，并使飞行器具有盘旋能力，尾部的天线能够增加平衡作用。与此同时，日本东京大学也开始着手基于ＭＥＭＳ技术和昆虫飞行原理研究几个毫米大小的微飞行机器人，他们设计
了一种可在交变磁场中煽动翅膀的飞行机器人，翅膀的材料为聚酰亚胺和镍，当把此微型飞行机器人放入交变磁场中后，翅膀上的镍薄将带动翅膀上下煽动。另外，由加州大学和Ａｅｒｏｖｉｒｏｎｍｅｎｔ公司及加州洛杉矶大学共同研制了扑翼型ＭＡＶ，名为“Ｍｉｃｒｏｂａｔ”。该微型飞行器的研究人员通过大量实验研究了扑翼飞行方式的非定常空气动力学特性，并制作了一种轻型传动机构将微电机的转动转变为机翼的煽动。实验中，该飞行器的机翼能以２０Ｈｚ的频率煽动，采用Ｎｉｃａｄ电池作为动力源，并在非控制条件下进行了１８秒、４６米远的飞行实验。这也是迄今为止文献公开报道的、有技术细节的、可以持续飞行的扑翼ＭＡＶ。美国加洲大学还计划在２００４年研制出翼展５～１０ｍｍ，重４６ｍｇ，１８０Ｈｚ压电石英驱动的四翼“机器苍蝇”，又称“黑寡妇”（Ｂｌａｃｋ Ｗｉｄｏｗ）。美国斯坦福研究中心（ＳＲＩ）和多伦多大学在ＤＡＲＰＡ的资助下，也在共同研究一种扑翼微型飞行器“Ｍｅｎｔｏｒ”，它有４片由“人工肌肉”驱动的扑动机翼和用来保持稳定的尾翼，整个飞行器约３０厘米，重不到０．５千克，并在２００２年２月成为世界上第一架成功悬浮空中的微型扑翼飞行器。研制人员希望能够把它缩小至蜂鸟大小，这样它就可以被用于监视工作了。此外，ＤＡＲＰＡ也资助了基于弹性动力的和基于热动力的扑翼飞行器研究工作，另外几种类型的微扑翼飞行机构也正在研制并取得了一定的成功。
２．３ 国内研究进展
研究起步相对较晚，但国内科学家们始终关注着其发展动态，并也开始这方面的基础和应用研究工作。仿生学方面，张志涛等、曹雅忠等、程登发等、吴孔明和郭予元、彩万志等分别开展了生物飞行动力学、生理学、功能形态学等方面的研究。清华大学的曾理江等人重点进行了昆虫运动机理研究
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和应用以及有关昆虫运动参数的测量和分析，在此基础上建立了昆虫运动模型，研究了昆虫运动机理。北京航空航天大学的孙茂等人用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程数值解和涡动力学理论研究了模型昆虫翼作非定常运动时的气动力特性，解释了昆虫产生高升力的机理，在此基础上探索了微型飞行器的飞行原理，包括气动布局新概念、新控制方式、最大速度、允许重量、需要功率等问题。南京航空航天大学的昂海松等人通过非定常涡格法的计算分析了仿鸟复合振动的扑翼气动特性。赵亚博也就关键力学和智能材料问题进行了研究。上海交通大学正在研究翼展５０～６０ｍｍ的基于电磁和基于压电驱动的扑翼ＭＡＶ方案。西北工业大学目前也正在研制微型扑翼飞行器，飞机采用聚合物锂电池和微型电动机驱动，碳纤维机架，柔性机翼，全机重量约１５ｇ，扑翼频率１５～２０Ｈｚ，由于受电池容量限制，飞行时间约８～１８ｓ。试验样机已经在低速风洞中进行了风洞试验。南京航空航天大学在２００４年４月也研制成功了国内第一架能在空中悬浮飞行的扑翼飞行器。东南大学和扬州大学目前也已就仿生扑翼飞行机构的机理分析、扑翼飞行实验测试平台的建立等方面进行了联合攻关和探讨，并取得初步成效。总体而言，我国在这方面的研究与国外相比尚有一定差距，尤其在实践方面更是如此，可见中国在仿生扑翼飞行器方面的研究可谓任重而道远。
３．关键技术的思考
虽然国内外对扑翼飞行器空气动力学、飞行力学及其实现机构的研究已取得了初步的理论和试验成果，但是这些研究距离实际能够飞行的扑翼飞行器尚有一定差距。为了实现扑翼飞行，除了应继续从理论和实验上进一步深入地研究扑翼飞行机理之外，非定常空气动力学的研究、高性能的动力系统和能源问题、高效扑翼驱动机构的设计与制造以及以后的通信与控制系统等应成为扑翼飞行器研制的关键。特别是翼展为１５０ｍｍ以下的扑翼飞行器具有很大的实用价值，与之相关的研究应成为我国的研究重点。
３．１ 空气动力学基础
仿生扑翼飞行研究以模仿鸟和昆虫类扑翅运动为主，但昆虫和鸟类的翅膀不像飞机翼那样具有标准的流线型，而是类似的平面薄体结构。按照传统的空气动力学理论，它们无法有效地利用空气的升力和阻力，因而就很难起飞。但是它们翅膀在拍动过程中伴随着快速且多样性的运动，这会产生不同于周围大气的局部不稳定气流，这种非定常空气动力学效应是研究和理解昆虫、鸟类飞行的运动机理和空气动力学特性进而实现仿生飞行的重要基础。因此我们应在充分认识生物飞行非定常空气动力学及翅膀运动模式的基础上，提取精华并简化运用，以实现能有效地产生升力和推进力的仿生机构，达到实现仿生扑翼飞行的目的。
３．２ 飞行动力和能源问题
早期仿生扑翼飞行器的研究经验告诉我们，仅靠人体肌肉的力量来驱动的扑翼飞行器是无法实现持续飞行的。由于微型扑翼飞行器要求外形较小、质量轻、驱动元件效率高、能耗少，这就要求我们在对仿生扑翼飞行内在关系的分析了解基础上，对其能源动力系统的质量、大小以及功率等方面的因素对扑翼飞行驱动的作用进行深入细致的探讨。考虑到扑翼飞行对质量和大小的要求，并从研究的角度及目前的动力系统发展趋势来看，在今后的研制过程中，电池和微小型电机应是相当长一段时间内的首选对象。
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３．３ 翼形和材料
设计和制造具有非定常空气动力学特性的高效仿生翼，是仿生扑翼飞行研究中急待解决的问题。仿生翼必须轻而坚固，能够在高频振动下不会断裂，且要能够提供足够的升力和推进力等。仿生翼的研究包括翼的结构和形状设计、传动机构设计、材料的选择以及与制造有关的工艺问题。
在设计过程中，翼形主要还是仿造生物翼形状，翼的重量要轻，在扑动过程中还要有灵敏的柔性，当然还要通过多种翼形比较，选择最有效的形状。进行仿生翼研究的目的并不是要完全模仿生物的翅膀来实现灵巧的运动模式，而是在进一步研究鸟类、昆虫翅膀结构和运动特性的基础上，提取其精髓并进行简化，从而研制出更具灵活性和运动性能的翼形。
此外，材料的选择涉及仿生扑翼飞行的整个过程，设计中的重量轻、柔性以及微型化等要求都与材料有关。如在驱动结构设计中，压电陶瓷和化学肌肉等智能材料都被采用。另外，为保证整体重量轻，翼有一定强度且能灵活变形，聚脂化合物及碳纤维等也被广泛采用。在我们的研制过程中，必须综合考虑扑翼飞行的结构特性、运动和动力特性及机构制作的工艺特性要求来选择合适性能的材料。
３．４ 通信和控制系统
在仿生飞行器的发展过程以及未来的应用过程中，通信和控制系统是必不可少的重要装备。在仿生飞行器运用飞行中，要实现飞行的控制与决策，这需要进行任务规划、路径规划、飞行模式规划和运动学控制，这其中的翼变化控制和稳定性控制是控制系统研究的关键。
像鸟类和昆虫一样实现对仿生扑翼飞行的控制是不现实的，控制系统须根据实际使用要求进行很大的简化。首先，将外部条件简化，即考虑飞行环境是理想的；其次，可采用多级简单控制方法。另外，结合实际研制过程，遥控操作、电子调速及方向舵相结合的简单控制系统仍将是首选。神经网络式控制系统的发展为仿生扑翼飞行器的控制系统研究提供了很好的前景。
此外，该类飞行器在执行任务过程中往往要飞离操纵者，这就意味着飞行器必须具备相对灵敏的通信系统，来实现对飞行器的控制以及传递收集有价值信息等。研制适合的ＧＰＳ接收机和地面匹配系统是较为前沿的通信方式，这对该类飞行器的发展来说也是非常必要的。目前适用于仿生飞行器的通信系统仍处于不断发展的阶段，但随着电子、计算机技术的快速发展，更加先进的通信技术肯定能够得以实现。
４．． 结束语
目前国内外研究的仿生扑翼飞行器仍处于实验研究和初步实践阶段，尚不能独立飞行，更不可能完成复杂的动作，离实用阶段还有很大距离。考虑到其在军事上的重要性和民用领域中日益广泛的应用，美国和日本等发达国家都给予高度重视，因此而得到了快速发展，国内在这方面也做了大量的基础研究工作。研制仿生扑翼飞行器不管是从其潜在的使用价值方面考虑，还是从推动技术方面考虑，对于我国来说都是势在必行的研究工作。如果我们在对上述关键技术的研究上获得突破，那么具备实用化要求的仿生飞行机器人并不是件可望而不可及的目标。
参考文献共２１
篇（略）
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的飞行机器，超人的飞行设想，都是奠定了宫崎导演以后的作品的其中一个轴心的风格。 ·多鲁美奇亚军队的运输机 （动画截图） （设计手稿） 原型：德国ME-323 运输机与Do217 轰炸机 ·炮艇机 （模型） （设计手稿）也是无尾翼的飞行器 ·娜乌西卡的滑翔翼 （动画截图） （设计手稿） 原型：飞翼布局式飞机 由无尾翼布局发展过来，直接删去飞机尾翼 无尾翼布局的飞机在二战之前，一直是飞机设计师工程师的
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1.2 国内外相关研究现状综述 1.2.1国外研究综述 1）人力资源外包 Lever觉得外包是一种管理策略，将非核心业务委托给外部专家执行，使公司能专注于本身核心业务发展，以提高竞争优势[3]。而人力资源管理外包，则是一种特殊的外包形式。greer认为，外包是由外部伙伴在重复基础上从事原来由企业内部从事的人力资源任务[4]。 对于人力资源外包，许多国外学者认为，对许多企业来说，外包浪潮的兴起并不意味着一定要实行人力资源管理外包，人力资源管理的实践性很强，往往对适合的企业才最好。 在总结外包优势的基础上，Rodriguez和Carlos指出与专业的雇佣组织签订合同来处理企业的人力资源职能是一个可变的结论，专业雇佣组织可以与他的顾客建立一个雇佣合作关系。Greet认为有五项竞争因素使企业将人力资源部分或是全部外包，分别是企业精简、快速成长或衰退、全球化、竞争增加以及企业再造，而在这些竞争因素背后的根本因素其实就是降低成本与增加人力资源的服务品质。 关于人力资源外包的风险，Quelin认为一个是企业在外包过程中对外包商的过分依赖，他们认为外包后企业就不用再过问这部分工作了，全部由外包商负责就行，很少进行沟通。另外一个是外包商的工作效率及能力不能达到既定目标，影响组织绩效的完成，把工作交给外包商后，企业失去了对这部分工作的控制，至少不能完全控制，于是当外包商的能力及效率不能达到原来期望的时候，就会影响企业的整体绩效。Bahli，Bouchaib等根据交易成本的观点，归纳了外包所具有的风险带来的不确定性有以下两点:交易的不确定性；委托的不确定性和所提供服务的不确定性。 以上研究表明国外的人力资源外包相关研究大多集中在外包决策、外包作用与外包风险上。主要关注的是企业人力资源外包在实际运用中的可行性与实践中的问题。在人力资源外包中引入信任的研究不多。国外学者对信任的研究集中在信任的作用、类型与建立上。这里只摘录其中的一部分。 2）信任 梅耶、戴维斯、斯库尔曼认为:信任是指一方在有能力监控或控制另一方的情况下，宁愿放弃这种能力而使自己处于弱点暴露、利益有可能受到对方损害的状态。Sabel认为:“相互信任就是合作各方坚信，没有一方会利用另一方的脆弱点去获取利益。”胡孔河将信任定义为：在一定情境下，一方凭借自己对对方的
【CN209719925U】一种仿生飞行器的机体【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920486151.0 (22)申请日 2019.04.11 (73)专利权人 烟台大学 地址 264000 山东省烟台市莱山区清泉路 32号 (72)发明人 徐翊航 魏贤智 孙龙 牟宗亮 赵天可 王帅 许娜 于涛 (74)专利代理机构 烟台上禾知识产权代理事务 所(普通合伙) 37234 代理人 丁宝君 (51)Int.Cl. B64C 33/00(2006.01) (54)实用新型名称一种仿生飞行器的机体(57)摘要本实用新型涉及一种仿生飞行器的机体，包括安装在一起的机体、尾翼系统和翼臂；所述的机体包括前后两个安装板和一个前安装板；脊柱杆和翼杆将两个安装板和前安装板串联，主轴和两个翼轴将两个安装板连接；主轴上位于两个安装板之间安装有一个主齿轮和一个传动齿轮，一条翼轴上安装一个次传动齿轮，两个翼杆穿出安装板的的端部各安装一个翼齿轮，传动齿轮咬合次传动齿轮，两个翼齿轮互相咬合；在一个安装板上还安装一个电机，电机的输出端安装电机齿轮，电机齿轮与主齿轮咬合；在前安装板和与其相邻的安装板之间安装两组曲柄联动系统。齿轮和其安装的杆件上，是通过键和键槽固定的。本 申请的结构实现了飞行器的仿鸟类的飞行动作。权利要求书2页 说明书4页 附图3页CN 209719925 U 2019.12.03 C N 209719925 U
权 利 要 求 书1/2页CN 209719925 U 1.一种仿生飞行器的机体，其特征在于，包括安装在一起的机体(1)、尾翼系统(3)和翼臂(2)；所述的机体(1)包括前后两个安装板(1.1)和一个前安装板(1.2)；安装板(1.1)的中心设置有安装主轴(1.8)的轴孔，以及在安装板(1.8)上设置有一对安装翼轴(1.7)的轴孔和一对安装翼杆(1.5)的安装孔，在安装主轴(1.8)的轴孔和安装翼杆(1.5)的安装孔之间的安装板上设置安装脊柱杆(1.6)的安装孔；前安装板(1.2)上设置有一个用于安装脊柱杆(1.6)的安装孔和两个翼杆(1.5)的安装孔；脊柱杆(1.6)和翼杆(1.5)将两个安装板(1.1)和前安装板(1.2)串联，主轴(1.8)和两个翼轴(1.7)将两个安装板(1.1)连接；主轴(1.9)上位于两个安装板(1.1)之间安装有一个主齿轮(1.11)和一个传动齿轮(1.12)，一条翼轴(1.7)上安装一个次传动齿轮(1.13)，两个翼杆(1.7)穿出安装板(1.1)的端部各安装一个翼齿轮(1.14)，传动齿轮(1.12)咬合次传动齿轮(1.13)，两个翼齿轮(1.14)互相咬合；在一个安装板(1.1)上还安装一个电机(1.9)，电机(1.9)的输出端安装电机齿轮(1.10)，电机齿轮(1.10)与主齿轮(1.11)咬合；在前安装板(1.2)和与其相邻的安装板之间安装两组曲柄联动系统。 2.根据权利要求1所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的曲柄联动系统包括传动杆一(1.16)、传动杆二(1.15)、传动杆三(1.4)和翼连接块(1.3)；所述的传动杆一(1.16)通关销轴连接传动杆二(1.15)的一端，传动杆二(1.15)的另一端通过销轴连接传动杆三(1.4)的一端，传动杆三(1.4)的另一端通过螺钉与翼连接块(1.3)固定。 3.根据权利要求2所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的传动杆一(1.16)的另一端与一根翼轴(1.7)的端部固定连接；所述的翼连接块(1.3)夹持在安装板(1.1)和前安装板(1.2)之间，且穿过安装板(1.1)和前安装板(1.2)的翼杆(1.5)也穿过翼连接块(1.3)。 4.根据权利要求3所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的翼连接块(1.3)的端部安装翼臂(2)，所述的翼臂(2)包括主翼臂(2.1)和副翼臂(2.2)，以及连接主翼臂(2.1)和副翼臂(2.2)的连接组件(2.3)。 5.根据权利要求4所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的连接组件(2.3)包括一个主翼臂连接件(2.3.1)和副翼臂连接件(2.3.2)；所述的主翼臂连接件(2.3.1)包括连接件本体(2.3.1.1)和连接件本体(2.3.1.1)一端两侧的限位板(2.3.1.2)，两个限位板(2.3.1.2)之间的连接件本体(2.3.1.1)上设置两个铰接耳(2.3.1.3)；所述的副翼臂连接件(2.3.2)包括连接件本体一(2.3.2.1)和连接件本体一(2.3.2.1)一端的一个铰接耳一(2.3.2.2)；铰接耳一(2.3.2.1)插装在两个铰接耳2.3.1.3之间并用销轴安装。 6.根据权利要求5所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的两个限位板(2.3.1.2)之间的夹角不小于60°，且不大于90°。 7.根据权利要求1所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的安装板(1.1)为一个圆形的镂空板面，且在圆周上设置有两个尖角。 8.根据权利要求1所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的前安装板(1.2)成V字形结构。 9.根据权利要求1所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的脊柱杆(1.6)穿出安装板(1.1)的部分安装尾翼系统(3)，尾翼系统(3)包括成T字形分布的尾翼、控制箱和安装在控制箱上且位于脊柱杆两则的凸轮手柄。 10.根据权利要求9所述的仿生飞行器的机体，其特征在于，所述的控制箱包括控制箱 2
国内外研究现状
国内外研究现状： 1、国外研究现状 非智力因素理论研究从1990年Salovey发表开发情商一文正式开始，2000年以美国为主的研究同时在各领域展开，美国哈佛大学心理学教授丹尼尔·高曼，在《情绪智力》一书中，明确指出一个人的成功，智力因素（又称智商IQ）的作用只占20％，而非智力因素（又称情商EQ）的作用要占80％。 Daniel Goldman, Harvard University psychology professor, in his book "emotio nal intelligence" clears that a person's success includes 20% intelligence factors (also known as IQ ) only, and 80% non-intelligence factors (also known as e motional intelligence, EQ) . 美国学者保罗?韦地博士调查了9万名幼儿心目中喜欢的教师后，归纳出好教师的12种素质：（1）友好的态度；（2）尊重课堂上每一个人；（3）耐性；（4）兴趣广泛；（5）良好的仪表；（6）公正；（7）幽默感；（8）良好的品性；（9）对个人的关注；（10）伸缩性；（11）宽容；（11）颇有方法。在这12种素质中，半数以上是对教师非智力因素品质的期盼与要求。这其中包括学校领域的非智力因素的开发与培养。心理学家韦克斯勒说：“所有智力水平上都有非智力因素的作用，非智力因素不能代替其他基本能力，但是，非智力因素是智力活动中不可缺少的成分。” 2、国内研究现状 自从非智力因素的学说进入我国以来，教育界许多有识之士试图将它与自己的教学实践结合起来，开展了诸多有益的探索。湖北武昌王萍老师进行的音乐学科智力与非智力教育实验、章兼中教授的直接拼音英语入门“十字教学法””d irect phonetic alphabet method” and“ten words teaching method”in E nglish teaching 都体现了非智力的学说在教育领域的运用。主要体现在以下几个方面： （1）教师采用多样化的教学方式激发幼儿的学习兴趣 （2）将多媒体教学引用课堂激发幼儿学习的兴趣。 （3）教师为幼儿创设民主谐的氛围来激发幼儿学习的兴趣。
仿生扑翼飞行器的发展与展望
仿生扑翼飞行器的发展与展望 摘要：本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其历史，概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。在此基础上，就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论，并结合目前研究情况，对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。 关键词仿生；扑翼飞行器；微型飞行器；关键技术 Abstract：The concept，characteristics and usage of flapping-wing air vehicle are briefly introduced．The present research situation and future development trend of FA V are summarized． According to these，several key technologies of FA V are discussed．Taking into account the present situation .the future on the research of FA V in China is outlined． Key words：Bionics ; Flapping-wing air vehicle ; Micro air vehicle ; Key technology 1仿生飞行的历史与进展 1．1向鸟类学习 在中国两千年以前的航空神话和传说中，就有“人要是长着翅膀，就能在空中飞行”、“人骑着某种神奇的动物，可以飞行”等反映古人飞行理想和愿望的文字记载。多数昆虫长着一左一右两个或4个翅膀，他们都是飞行家，飞行技术非常高明。但因为昆虫比较小，翅膀的运动速度太快，不易被观察，在古人眼里，只认为鸟类是可以模仿的、最好的飞行家。传说中春秋时代(公元前770-前481)后期，鲁国著名的能工巧匠公输盘(有些史籍也记作“公输班”)研究并花费3年时间制造了能飞的木鸟，又名木鸢。如图所示 1．2实现飞行 1783年，法国蒙哥尔费兄弟发明热气球并载人飞行，开始了人类真正的空中航行。在人类利用轻于空气的航空器获得成功的 同时，也对重于空气的航空器一飞机进行探索和试验。英国的乔治．凯利(Cayley G)率先提出利用固定机翼产生升力的概念，他把鸟的飞行原理从上升和推进两种功能区别 开来，设计制造了能载人的滑翔机。1903 年莱特兄弟在滑翔机基础上加装自制内燃 机制成的“飞行者”1号试飞成功，持续时间59秒，标志着动力飞机飞行成功，开辟了人类的飞行新纪元，人类翱翔蓝天的梦想 得以真正实现。 1．3微型飞行器 1992年，美国国防高级研究计划局召开了关于未来军事技术的研讨会，第一次提出了微型飞行器MAY(Micro Air Vehicle)的概念，并提出其量级与昆虫及小鸟相似。从现有的研究情况看，微型飞行器按其飞行方式可分为传统的固定翼布局、旋翼布局和仿生扑翼式布局3类。固定翼式和旋翼式微型飞行器的研究迄今为止都达到了相当的水平。2000年8月，“Black Widow”原型机经过不断改进后，留空时间达到30分钟，最大活动半径为1.8km，最大飞行高度约235m，飞行重量为80克。旋翼微型飞行器因能垂直起降和悬停，比较适宜于在室内等狭小空间或较复杂地形环境中使用。回顾人类飞行的历史，研究者们重新认识到，纵观自然界的飞行生物，无一例外均采用扑翼的飞行方式，扑翼飞行是生物进化的最优飞行方式。于是人们又开始着眼于扑翼飞行器的研究。微型扑翼飞行器的机动性、灵活性及低能耗等方面可与蜻蜓、蜜蜂、或蜂鸟等飞行生物相媲美。经过近20年来研究者们的共同努力，微型扑翼飞行器在仿生学飞行机理、能
仿生材料研究的设想及其应用
仿生材料 仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料。仿生材料学是仿生学的一个重要分支，是化学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉。受生物启发或者模仿生物的各种特性而开发的材料称仿生材料，仿生材料在21世纪将为人类做出更大的贡献。 我们在现实生活中接触过许多动物与植物,它们都属于生物的范畴。在地球上所有生物都是由理想的无机或有机材料通过组合而形成,例如能够跳动80 年都不停止的人类心脏；几乎不发热量的冷血昆虫。从材料化学的观点来看,仅仅利用极少的几种高分子材料所制造的从细胞到纤维直至各种器官能够发挥如此多种多样的功能,简直不可思议。动植物为了铸造自己身体所用的材料在有机系列里有纤维素、木质素、甲壳质、蛋白质和核酸等等,其构造非常复杂。在高分子化学世界里,我们已经制造出了聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚酰胺等人工材料,具有多种多样的功能。但是,人类所创造的材料与自然界生物体的构成材料还有很大的不同。举几个简单的例子:海鳗的发电器瞬间可以发出800 伏的电压,足以电死一头大象,但是它的发电器不是金属等导电器材,而是蛋白质的分子集合体;深海里有一种软体动物,其身体无疑也是由细胞材料所构成,但是却可承受很高的海水压力而自由地生存着。这些例子说明,许多生物体的某些构成材料是我们完全不知道的,这些材料大多数是在常温常压的条件下形成,并能发挥出特有的性能。当人们对这些生物现象有了充分的理解之后,把它们应用于材料科学技术方面,就形成了仿生材料学。因此,仿生材料学的研究内容就是以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。但是迄今为止该学科未开拓的领域和未解决的问题非常之多,可以认为仿生材料学的学科体系还没有完全形成。进行仿生材料的开发与研究必须要学习和了解许多相关的专门知识,例如,高分子化学、蛋白质工程科学、遗传学、生物学以及与其关联的技术等等。 例1.人造纤维 最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。对蚕或者蜘蛛吐出的丝,人类自古就有很大的兴趣,这些丝纯粹是由蛋白质构成,特别是蚕丝,具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来,人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法,此后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维,例如,牛奶蛋白质与丙烯晴共聚纤维(东洋纺) ,商品名为稀苤的高吸湿性纤维(旭化成) 等等。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们还对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所) ,并且对蜘蛛丝也进行了研究(日本岛根大学) ,研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。 例2.人鱼传说 在陆地上生活的动物有肺,能够分离空气中的氧气,水里的鱼有鳃,能够分离溶解
仿生扑翼飞行器设计与制作
仿生扑翼飞行器设计与制作 摘要：随着仿生学的发展和材料动力技术的不断进步，人类能更好的模仿生物的运动，向大自然学习，服务人类。像鸟一样的飞行是人类几千年的梦想，近几年科研人员在扑翼飞行器的研究和制造方面有了很大的发展，目前世界上已经出现了许多扑翼飞行器，但其仿生程度任然较低。通过学习和研究我们选用了对称的五杆机构来实现飞行器的机翼的动作，并按照飞行原理设计了飞行器的升力机构和推力机构，最后做出了实物，进行了飞行试验。 关键词：仿生;扑翼飞行器;五杆机构;空气动力学;飞行试验 Designing and producting of the flapping wing flight vehicle in bionics ABSTRACT: Along with the development of bionics and material power technology advances, mankind can better imitate biological movement, learning to nature and servicing human. Flying Like a bird is the dream of human for several thousand years, In recent years researchers Made great progress in the flapping wing flight vehicle research and manufacturing. There are already some kind of the flapping wing flight vehicles in the word recently, but the bionic degree lower still. With the studying and researching we choose the symmetrical five-bar mechanism to realize the action of the wing of the aircraft, According to the principle of fly. I design the lift institutions and thrust institutions. Finally I made the craft, and test it. KEY WORDS:Bionic; The flapping wing flight vehicle; Five-bar mechanism; Aerodynamics; Flight test
仿生机器人的研究现状及其发展方向
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
电子商务国内外研究研究现状总结.doc
国内外对电子商务的研究和发展的现状研究 一、电子商务的概念： ISO/IEC对EB的定义：电子商务（EB）是企业之间，企业与消费者之间的信息内容与需求交换的一种术语。 联合国国际贸易法律委员会对电子商务的定义：电子商务是采用电子数据交换（EDI）和其他通信方式增进国际贸易的职能。 电子商务中的Commerce一词一般只商业伙伴之间的交易，现在许多专家认为EC显得比较狭义，现在一般用Business代替Commerce一词，因为现在的电子商务里面还包括了客户服务，商业伙伴之间的合作以及对组织内的电子化交易的管理。 二、电子商务模型的研究 自从20世纪90年代初期电子商务在全球范围内就开始应用依赖，电子商务理论研究日益增多，各时期研究重点也不断变化。近年来，理论研究领域专家提出了主要的几种电子商务模型： （1）Nagi&Wat模型。香港理工大学E.W.T.Ngai和F.K.T.Wat两名学者归纳而正当额一个理论模型。Nagi&Wat模型将电子商务研究分为技术问题，应用问题，保障和支持问题研究四大领域。技术层面有安全、技术、支持系统等；应用层面包括网上支付系统、网上金融、零售、拍卖、教育和培训、市场营销和广告等；保障和支持层面宝库税收、法律、隐私、等公共政策和企业战略等。 （2）Kaufman&wden模型。模型是明尼苏达大学Carlson管理学院的Robert J.Kaufman及EricA.Walden两名学者从经济学角度提出的。Kaufman& Walden模型由存在互动关系的技术、市场、产品、商务流程及微观经济等五大模块组成。技术层面是最基本层面，是企业改造和创造产品以及消费者享受便捷服务的基础；随着产品的更新和商务流程的改造，网络环境下的市场更趋灵活竞争力也更大，会推动企业、劳动力、政府等微观经济层面的变革。 （3）Urbaczewski et a1.模型。模型由Urbaczewski,Jessup和Wheeler 三人提出。模型将电子商务研究分为组织层面、经济层面、技术层面和其他研究等四个层面。组织层面包括电子商务概况、扩散、接受程度及应用等问题；经济层面包括了从产业结构、市场监管，电子市场中介、信息成本等问题；技术层面主要包括智能代理技术、数据整合技术、安全技术、交易结算技术等；社会问题研究、行为研究及法律问题归为其他一类。 （4）Turban.eta1.模型。模型是E.Turban, D.King, J．Lee和D. Viehland等四人于2004年得出的。模型由三个层面、一个铺垫和一个中心组成。其核心是电子商务战略：应用战略和评价等内容；铺垫是电子商务概况，由电子商务影响、扩散及区域性发展组成；三个层面中技术层面相对比较简单。由移动商务、电子商务安全、电子商务支付、内容管理及网站开发等组成；社会与环境层面涵盖电子政务、网上教育、法律、道德及社会影响等；市场与经济层面包括电子市场概况、B2C 市场、B2B 市场及以网上拍卖为代表的C2C 等四类。 （5）Choi三维理解模型。美国得克萨斯大学奥斯汀分校电子商务研究中心常务主任乔伊（Choi）教授等人从经济学的角度联合提出了电子商务的三维理解模型，该模型主要从市场主体、产品形式、交易过程三方面的虚拟程度进行了分类。电子商务的核心是由虚拟产品、虚拟主体、虚拟过程构成的部分。 三、电子商务的新兴发展模式
仿生材料研究与进展 王一安 刘志刚
齐齐哈尔大学 综合实践课程论文 题目仿生材料研究进展 学院材料科学与工程学院 专业班级无机非金属材料工程无机112班 学生姓名王一安刘志刚 指导教师李晓生 成绩 2014年 5月9 日
仿生材料学研究进展 摘要：仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。 关键词：表面仿生超疏水材料、聚乙烯三元复合仿生材料、植物叶片仿生伪装材料、仿生层状结构壳聚糖医用材料 Abstract:The“biomimeticmaterialsscience”formedbytheintersectionofmaterialscien ceandlifesciencehasgreattheoreticalandpracticalsignificance.Biomimeticmaterialsscie ncetakesmaterialstructureandformationastarget,considersartificialmaterialattheviewof bio2material,exploresthedesignandmanufactureofmaterialfromtheangleofbiologicalfu nction.Atpresent,thehotresearchesonbiomimeticmaterialsscienceincludeshellbiomime ticmaterial,spidersilkbiomimeticmaterial,bonebiomimeticmaterial,andnano2biomimet icmaterial,etc.whichhavetheirownspecialmicro2structuralcharacteristics,formationstyl e,andbio2mechanicalproperties.Biomimeticmaterialsaredevelopingtowardscompound ,intellectual,active,andenvironmentaltendency,willbringrevolutionaryimprovementfor manufactureandapplicationofmaterial,andwillchangegreatlythestatusofhumansociety. Keywords:Bionics,Materialsscience,Review 1.前言 仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。
仿生扑翼飞行机理的分析研究与技术发展
徐州工程学院学报２００７年第４期膀各个部分的协调动作来产生有效的升力和前进力． 图１ 鸟类内翼模型剖面图Ｆｉｇ．１Ｓｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｅｏｆｉｎｎｅｒｗｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｂｉｒｄｓ １．２昆虫飞行机理 昆虫的翅膀是类似的平面薄体结构，不能伸缩变形，不具滑翔能力，与鸟类的飞行相比有着本质的区别，只能通过高频振动和灵巧的扑翅运动产生足够升力．Ｗｏｏｔｏｎ认为昆虫飞行能力和飞行技巧的多样性大半来自于翅型多样性和微妙复杂的翅运动模式［１］．其翅膀在拍动过程中伴随着快速且多样性的运动，会产生不同于周围大气的局部不稳定气流，这种非定常空气动力学效应是研究和理解昆虫和小鸟飞行机理及其空气动力学特性进而实现仿生飞行的重要基础．随着对非定常流理论认识的加深，研究者们开始探讨非定常效应在昆虫飞行升力产生中发挥的重要作用，并采用非定常空气动力学理论解释昆虫飞行的机理． 分析表明，昆虫一个周期内的扑动大体可分解为四个阶段：翅膀在上扑至顶点时翅膀旋转、下扑、下扑至最低点时翅膀旋转、上扑，图２为蜂鸟悬停飞行时的扑翼轨迹．通过探索各个运动中所涉及到的空气动力学理论，可得到几种比较具有代表性的解释昆虫扑翼产生升力的机理． 图２蜂鸟扑翅过程 Ｆｉｇ．２Ｆｌａｐｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｏｏｄｎｙｍｐｈ 图３合拢与分开机制Ｆｉｇ．３Ｃｌａｐ—Ｆｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ１．２．１合拢与分开（Ｃｌａｐ－－Ｆｌｉｎｇ） １９７３年，Ｗｅｉｓ—Ｆｏｇｈ通过观察小黄蜂生物资料，并在仔细研究了昆虫振翅飞行生物学资料的基础上，提出了拍飞（Ｃｌａｐ－－Ｆｌｉｎｇ）机理［２］． 拍飞机理可通过图３所示的模型来解释，两翅前缘在顶点处合拢，然后两翅逐渐旋转并从前缘处分开，这时两翅问夹角增大，空气流入两翅空隙中，随着两翅间夹角增大，空气流动使得翅周围形成两个旋转涡，翅表面很快形成环流．当两翅张开到一定角度时，两翅分开，各自平动，这时两翅表面各有一个边界涡，使得下拍开始时产生尽可能大的升力．该机理可以解释一部分小型昆虫产生大升力的原因，但不适用于所有昆虫，没能从根本上揭开昆虫高升力的奥秘，却促使人们真正开始用非定常效应来解释昆虫的飞行． １．２．２延时失速（ＤｅｌａｙｅｄＳｔａｌｌ） 随着流体实验技术的完善，人们开始观察吊飞昆虫的翅尖轨迹及其翅膀周围的流场，发现在下拍过程中?２８?
仿生学现状及其对科技发展的影响
2009 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:机械工程专题讲座 学生所在院（系）:机电工程学院 学生所在学科:机械设计及理论 学生姓名:李鹏飞 学号:08S008257 学生类别: 考核结果阅卷人
仿生学现状及其对科技发展的影响 仿生学一词最早是在1960年由美国人斯蒂尔(Jack Ellwood Steele)取自拉丁文“bios“(生命方式)和词尾“nic“(具有……性质的)合成的。仿生学可以这样定义：研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。仿生学（Bionics）是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科，具有鲜明的创新性和应用性。仿生学的目的是研究和模拟生物体的结构、功能、行为及其调控机制，为工程技术提供新的设计理念、工作原理和系统构成。人类进化过程中，通过不断地模仿自然，提升生产能力。仿生的领域和技术随着时代的前进而发展。许多影响人类文明进程的重大发明都源于仿生学。例如：模仿蜘蛛织网捕鱼，模仿游鱼制造舟楫，模仿飞鸟发明飞机……。1960年美国人斯蒂尔根据拉丁文构成Bionics一词，同年召开了全美第一届仿生学讨论会。这标志着现代仿生学的开始。 仿生学具有自己独特的研究方法：一般来讲，工程和生产实践提出技术问题，有针对性地借鉴某种生物体的某些结构的功能，研究并简化其结构、功能和调控机制，择其有用制备出物理模型，建立数学模型。在有用和可用的前提下，采用技术手段，依据数学模型，制备实物模型，最终实现对生物系统的工程模拟。仿生学的发展依赖于生物学和工程技术科学的发展；仿生学的发展也促进了生物学科和工程技术的发展。 现状 仿生学的研究和应用在国内外都得到极大的关注和蓬勃的发展。为迎接全球性竞争和挑战，我国科技专家和决策者在2003年召开了两届香山会议，第214届“飞行和游动生物力学和仿生应用和第220届“仿生学的科学意义与前沿”。国内许多科研机构和大学都相继成立了仿生学研究所和研究室。科学家们正带着自动控制、能量转换信息处理、力学模式和材料构成等大量技术难题到生物系统中去寻找启迪。机器人技术的发展很好地体现了仿生应用的理念。早期的机器人主要是模拟人的重复性劳
国内外研究现状总结
1、研究意义： 随着我国国民经济和城市化建设的飞速发展,大型商业综合体在当今商业创新模式的潮流和城市空间有机化、复合化的趋势下应运而生，数量日益增多，体量越来越大。这类公众聚集场所一般具有功能繁多、空间种类丰富、人流量大、火荷载大等特点,一旦发生火灾,容易导致重、特大人员伤亡和直接经济损失。近年来大型商业建筑火灾造成的人员伤亡事件屡有发生。国外的发展经验表明,当一个国家的人均GDP达到1000-3000美元时,社会将会处于一个灾难事故多发阶段,这表明我国当前及今后较长的一个时期,火灾安全形势依然十分严峻。 飞速发展的大型商业建筑，使用功能日趋复杂、集约，这给大型商业综合体的安全疏散设计带来了十分严峻的挑战。安全疏散，就是在发生火灾时，在允许的疏散时间范围中，使遭受火灾危害的人或贵重物资在楼内火灾未危及其安全之前，借助于各种疏散设施，有组织、安全、准确、迅速地撤离到安全区域。 大型综合性商业建筑的使用功能高度集中，现行规范都无法对其建筑形态和业态分布做出明确的规定,基于以往经验及科研成果制订出来的建筑防火设计规范难以适应新的需要，实践中经常遇到大量现行规范适应范围无法涵盖或规范条文无法适应建筑物设计形式的尴尬局面。现代大型商业综合体建筑的设计往往突破了现行规范,因此在一些经济发达的地区,也将性能化的防火设计理念引入到了设计之中,它已成为未来防火设计发展的趋势。 商业街建筑由于其独特性,有关消防设计也有别于一般的商业建筑。比如,商业街是否作为一个整体建筑考虑其消安全疏散设计,是否应限制商业街建筑的层数,长度和宽度,步行街是否考虑作为人员疏散安全区域及其条件等等这些问题都有待于进一步的调研及深入分析。 同时，由于这类建筑火灾危险性特别大，人员密度大，疏散困难等原因，研究大型商业建筑火灾下人员疏散的安全性，以最大限度的防止火灾发生和减少火灾造成的损失，就具有十分重要的意义。由于我国火灾基础研究的滞后在制定国家消防技术规范时存在一些弊端和不合理之处。这些弊端给复杂的商业建筑空间设计带来很多的局限性，因此要使大型商业建筑有效的快速发展这就需要我们找到新的途径和新的思路来保障建筑的安全疏散。 大型商业综合体的人员安全疏散设计应该综合相关多方因素全面考虑。处方式建筑防火安全疏散设计理念适应不了现代建筑的发展趋势，我们需要借鉴心理学等理论，研究发生火灾后，大型商场内人员在这样的环境中的空间认知能力和行为模式；从空间组织设计的角度出发，结合建筑性能化防火设计的理论全面的进行防火安全疏散设计的研究。这有助于科学合理的进行大型商场的建筑防火设计，当灾害来临时为人们提供一个可靠的安全疏散系统，同时又利于人们充分的使用空间的目标；同时，该课题的研究为促进大型商场发展作出努力，使得大型建筑在城市发展的新形式下可持续的发展。 大型商业综合体中防火分区面积往往超出了规范中对防火分区面积的限制,疏散出口的数量以及布置方式等问题随之产生，这些问题都有待进一步深入研究。本文从大型商业综合体的自身特性入手，运用建筑学、消防安全学和行为心理学等领域的相关知识，对火灾下大型商业综合体内人员疏散的安全性能进行了研究和分析，总结出大型商业综合体人员安全疏散的难点和重点问题，最后针对这些问题提出了一些优化策略和方法，并分析了应用部分方法的实际工程案例。为大型商业综合体的人员安全疏散设计提供参考。 2、国内外研究现状： （1）国外研究现状 国外发达国家对于大型商业综合体的设计，除了能依据本国的规范进行设计的之外,超出规范规定内容的往往利用了性能化的防火设计。欧美发达国家在这项研究中处于领先的地位,已开发出了很多计算及模拟软件。如FDS、SIMULEX和STEPS等等。 上世纪八十年代,己有一些国家颁布了专门的性能化防火设计规范。所以发展至今,已形成了相对完善的体系。国外的设计者在做一些大型的商业建筑时,都会采用性能化的防火设计。1971年,美国的通用事务管理局形成了《建筑火灾安全判据》。20世纪80年代,在美国实施了一个国家级的火灾风险评估项目,其结果形成了FRAMWORKS模型。1988年美国防火