一種微型撲翼飛行器氣動(dòng)力測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域，涉及一種微型撲翼飛行器氣動(dòng)力測(cè)試裝置和方法，W 獲得飛行器在撲動(dòng)時(shí)的氣動(dòng)力。
【背景技術(shù)】
[0002] 微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類或昆蟲飛行的新概念飛行器，與固定翼和旋翼 相比，撲翼飛行器將上升、息停和推進(jìn)集于一個(gè)撲動(dòng)系統(tǒng)，僅需要較小的能量損耗即可完成 長(zhǎng)距離飛行，撲翼翅膀在高頻狀態(tài)下的撲動(dòng)和扭轉(zhuǎn)使其獲得無(wú)與倫比的機(jī)動(dòng)性。
[0003] 昆蟲和鳥類的體型比常規(guī)飛機(jī)小得多，產(chǎn)生的氣動(dòng)力絕對(duì)值非常小，且撲動(dòng)頻率 高，所W其周圍流場(chǎng)呈現(xiàn)尺度小，變化快的特點(diǎn)；現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和理論主要用于常規(guī)飛行 器的測(cè)量，所W研制針對(duì)撲翼飛行器的氣動(dòng)力測(cè)試裝置尤為重要?，F(xiàn)有測(cè)量氣動(dòng)力的方法 有通過(guò)比例撲翼機(jī)構(gòu)在液體中扇動(dòng)翅膀時(shí)產(chǎn)生升力，但在空氣中應(yīng)用時(shí)該方法是否需要改 進(jìn)需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
[0004] 目前關(guān)于撲翼飛行的實(shí)驗(yàn)研究主要有兩個(gè)方面；流場(chǎng)顯示和氣動(dòng)力測(cè)量。流場(chǎng)顯 示一般將撲翼放至低速風(fēng)洞中，在給定來(lái)流速度及俯仰角情況下，布撒示蹤粒子，經(jīng)PIV系 統(tǒng)發(fā)射激光及高速相機(jī)捕捉圖像，定性估測(cè)撲翼的流場(chǎng)顯示。測(cè)力主要是測(cè)量系留飛行和 自由飛行的昆蟲和飛鳥的氣動(dòng)力，但是由于只能通過(guò)動(dòng)物身體來(lái)測(cè)量力的變化情況，帶來(lái) 諸多不確定因素，使得區(qū)分氣動(dòng)力和撲翼產(chǎn)生的氣動(dòng)力變得十分困難。因此，設(shè)計(jì)了微型撲 翼飛行器氣動(dòng)力測(cè)試方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型撲翼飛行器氣動(dòng)力測(cè)試裝置 及測(cè)試方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的；一種微型飛行器氣動(dòng)力測(cè)試裝置，其 特征在于，包括微型撲翼飛行器、真空箱殼體、旋片式真空粟、支撐桿、測(cè)力安裝板、測(cè)力傳 感器、傳感器安裝板、智能真空負(fù)壓顯示控制器、供電調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器、PC端、電源、信號(hào) 線、第一電源線和第二電源線； 所述真空箱殼體的頂面、側(cè)面均開有觀察窗，真空箱殼體的前蓋能打開，前蓋上設(shè)置有 觀察窗；真空箱殼體的頂面開有抽氣口和進(jìn)氣口，抽氣口通過(guò)PVC透明鋼絲管與旋片式真 空粟連接；智能真空負(fù)壓顯示控制器安裝在真空箱殼體上，智能真空負(fù)壓顯示控制器實(shí)時(shí) 檢測(cè)并控制真空箱殼體內(nèi)的真空度；微型撲翼飛行器、測(cè)力安裝板、測(cè)力傳感器、傳感器安 裝板依次連接，測(cè)力安裝板通過(guò)螺栓與微型撲翼飛行器的重也位置固定，傳感器安裝板固 定在支撐桿上端，測(cè)力傳感器上端與測(cè)力安裝板固定，下端與傳感器安裝板固定，支撐桿下 端固定在真空箱殼體內(nèi)；真空箱殼體安裝有接線法蘭，信號(hào)線、第一電源線和第二電源線穿 過(guò)接線法蘭，第一電源線的一端與測(cè)力傳感器相連，另一端與供電調(diào)理器相連，信號(hào)線的一 端與測(cè)力傳感器相連，另一端與數(shù)據(jù)采集器相連、第二電源線一端與無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī)相 連，另一端與電源相連；供電調(diào)理器與電源相連，電源給供電調(diào)理器、測(cè)力傳感器和無(wú)刷無(wú) 感直流電機(jī)供電；數(shù)據(jù)采集器與PC端相連，測(cè)力傳感器將微型撲翼飛行器在撲動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的 力和力矩轉(zhuǎn)換成應(yīng)變電壓值輸出，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將應(yīng)變電壓傳送給PC端，PC端將應(yīng)變 電壓值轉(zhuǎn)化為微型撲翼飛行器豎直方向上受到的力的大小。
[0007] 所述微型撲翼飛行器，包括機(jī)身、無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī)、固定板、兩個(gè)齒輪組、第一連 接臂支座、第二連接臂支座、第H連接臂支座、第四連接臂支座、翼身連接臂、撲動(dòng)翼、兩個(gè) 球頭連桿和電子調(diào)速器；固定板豎直安裝在機(jī)身內(nèi)，電子調(diào)速器和無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī)均安 裝在機(jī)身內(nèi)的重也位置，且電子調(diào)速器與無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī)輸入端相連；機(jī)身上開有兩個(gè) 限位行程槽； 兩個(gè)齒輪組分別安裝在固定板的左右兩側(cè)，所述齒輪組包括第一級(jí)主齒輪、第一級(jí)副 齒輪、第二級(jí)主齒輪和第二級(jí)副齒輪，且第一級(jí)主齒輪、第一級(jí)副齒輪、第二級(jí)主齒輪、第二 級(jí)副齒輪的齒數(shù)之比為；9 ;58 ;8 ;64 ;第一級(jí)主齒輪與無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī)相連，第一級(jí)主齒 輪與第一級(jí)副齒輪曬合，第二級(jí)主齒輪與第一級(jí)副齒輪同軸固定，第二級(jí)主齒輪與第二級(jí) 副齒輪曬合；第一級(jí)主齒輪帶動(dòng)第一級(jí)副齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第一級(jí)副齒輪帶動(dòng)第二級(jí)主齒輪W相 同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)、第二級(jí)主齒輪帶動(dòng)第二級(jí)副齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)； 第一連接臂支座和第二連接臂支座安裝在固定板左側(cè)，第H連接臂支座和第四連接 臂支座安裝在固定板的右側(cè)，且第一連接臂支座和第H連接臂支座位于一個(gè)限位行程槽下 方，第二連接臂支座和第四連接臂支座位于另一個(gè)限位行程槽下方；每個(gè)連接臂支座均安 裝有翼身連接臂，同側(cè)的兩個(gè)翼身連接臂與一個(gè)撲動(dòng)翼固定；球頭連桿一端與第二級(jí)副齒 輪固定，另一端與一個(gè)翼身連接臂相連；第二級(jí)副齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)球頭連桿帶動(dòng)翼身連接臂 上下運(yùn)動(dòng)，使得撲動(dòng)翼上下?lián)鋭?dòng)； 進(jìn)一步地，所述微型撲翼飛行器還包括電子調(diào)速器，電子調(diào)速器與無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī) 的輸入端相連。
[0008] -種微型飛行器氣動(dòng)力測(cè)試方法，該方法在上述微型飛行器氣動(dòng)力測(cè)試裝置上實(shí) 現(xiàn)，該方法包括W下步驟： (1) 打開前蓋，將微型撲翼飛行器、測(cè)力安裝板、測(cè)力傳感器、傳感器安裝板依次固定安 裝在支撐桿上端； (2) 關(guān)閉前蓋和進(jìn)氣口，打開旋片式真空粟，將真空箱殼體抽成真空狀態(tài)，智能真空負(fù) 壓顯示控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制真空箱殼體內(nèi)的真空度； (3) 打開電源，電源給測(cè)力傳感器和微型撲翼飛行器供電，微型撲翼飛行器撲動(dòng)； (4) 測(cè)力傳感器將微型撲翼飛行器在真空狀態(tài)下?lián)鋭?dòng)時(shí)產(chǎn)生的力和力矩轉(zhuǎn)換成應(yīng)變電 壓值輸出，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將應(yīng)變電壓傳送給PC端，PC端將應(yīng)變電壓值轉(zhuǎn)化為微型撲翼 飛行器豎直方向上受到的力的大??； (5) 關(guān)閉旋片式真空粟、打開進(jìn)氣口，卸載真空箱殼體中的真空； (6) 測(cè)力傳感器將微型撲翼飛行器在費(fèi)真空狀態(tài)下?lián)鋭?dòng)時(shí)產(chǎn)生的力和力矩轉(zhuǎn)換成應(yīng)變 電壓值輸出，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將應(yīng)變電壓傳送給PC端，PC端將應(yīng)變電壓值轉(zhuǎn)化為微型撲 翼飛行器豎直方向上受到的力的大?。?(7) 將步驟6得到的力減去步驟4得到的力，得到微型撲翼飛行器撲動(dòng)時(shí)準(zhǔn)確的氣動(dòng) 力。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是；微型撲翼飛行器相比于現(xiàn)有的固定翼飛機(jī)，能源利用效率 高，基于仿生學(xué)設(shè)計(jì)，日后可廣泛用于軍事偵察，機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥等不同場(chǎng)合；微型撲翼飛行器氣 動(dòng)力測(cè)試裝置相比于現(xiàn)有技術(shù)，能夠定量測(cè)試撲翼?yè)鋭?dòng)時(shí)產(chǎn)生的準(zhǔn)確氣動(dòng)力，該種測(cè)試方 法相比于現(xiàn)有技術(shù)，將每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)便了實(shí)驗(yàn)開展的流程，提高實(shí)驗(yàn)的成功 率。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是微型撲翼飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是微型撲翼飛行器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是齒輪組的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為微型飛行器氣動(dòng)力測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為數(shù)據(jù)采集和供電系統(tǒng)的流程示意圖； 圖中，真空箱殼體1、旋片式真空粟2、微型撲翼飛行器3、支撐桿4、測(cè)力安裝板5、測(cè)力 傳感器、傳感器安裝板6、抽氣口 7和進(jìn)氣口 8、智能真空負(fù)壓顯示控制器9、螺栓10、接線法 蘭11、機(jī)身101、固定板102、第二級(jí)副齒輪103、第二級(jí)主齒輪104、第一級(jí)主齒輪105、第一 級(jí)副齒輪106、第一連接臂支座107、第二連接臂支座108、第H連接臂支座109、第四連接臂 支座110、翼身連接臂111、撲動(dòng)翼112、限位行程槽113、球頭連桿114。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012] 如圖1所示，一種微型撲翼飛行器，包括機(jī)身101、無(wú)刷無(wú)感直流電機(jī)、固定板102、 第二級(jí)副齒輪103、第二級(jí)主齒輪104、第一級(jí)主齒輪105、第一級(jí)副齒輪106、第一連接臂支 座107、第二連接