一種微型撲翼飛行器氣動力測試裝置及測試方法
【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力測試裝置和方法，W 獲得飛行器在撲動時的氣動力。
【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、息停和推進集于一個撲動系統(tǒng)，僅需要較小的能量損耗即可完成 長距離飛行，撲翼翅膀在高頻狀態(tài)下的撲動和扭轉(zhuǎn)使其獲得無與倫比的機動性。
[0003] 昆蟲和鳥類的體型比常規(guī)飛機小得多，產(chǎn)生的氣動力絕對值非常小，且撲動頻率 高，所W其周圍流場呈現(xiàn)尺度小，變化快的特點；現(xiàn)有的實驗設(shè)備和理論主要用于常規(guī)飛行 器的測量，所W研制針對撲翼飛行器的氣動力測試裝置尤為重要?，F(xiàn)有測量氣動力的方法 有通過比例撲翼機構(gòu)在液體中扇動翅膀時產(chǎn)生升力，但在空氣中應(yīng)用時該方法是否需要改 進需要進一步驗證。
[0004] 目前關(guān)于撲翼飛行的實驗研究主要有兩個方面；流場顯示和氣動力測量。流場顯 示一般將撲翼放至低速風(fēng)洞中，在給定來流速度及俯仰角情況下，布撒示蹤粒子，經(jīng)PIV系 統(tǒng)發(fā)射激光及高速相機捕捉圖像，定性估測撲翼的流場顯示。測力主要是測量系留飛行和 自由飛行的昆蟲和飛鳥的氣動力，但是由于只能通過動物身體來測量力的變化情況，帶來 諸多不確定因素，使得區(qū)分氣動力和撲翼產(chǎn)生的氣動力變得十分困難。因此，設(shè)計了微型撲 翼飛行器氣動力測試方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型撲翼飛行器氣動力測試裝置 及測試方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的；一種微型飛行器氣動力測試裝置，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、測力安裝板、測力傳 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 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氣口，抽氣口通過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)壓顯示控制器實時 檢測并控制真空箱殼體內(nèi)的真空度；微型撲翼飛行器、測力安裝板、測力傳感器、傳感器安 裝板依次連接，測力安裝板通過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，測力傳感器上端與測力安裝板固定，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，信號線、第一電源線和第二電源線穿 過接線法蘭，第一電源線的一端與測力傳感器相連，另一端與供電調(diào)理器相連，信號線的一 端與測力傳感器相連，另一端與數(shù)據(jù)采集器相連、第二電源線一端與無刷無感直流電機相 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、測力傳感器和無刷無 感直流電機供電；數(shù)據(jù)采集器與PC端相連，測力傳感器將微型撲翼飛行器在撲動時產(chǎn)生的 力和力矩轉(zhuǎn)換成應(yīng)變電壓值輸出，并通過數(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，包括機身、無刷無感直流電機、固定板、兩個齒輪組、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、撲動翼、兩個 球頭連桿和電子調(diào)速器；固定板豎直安裝在機身內(nèi)，電子調(diào)速器和無刷無感直流電機均安 裝在機身內(nèi)的重也位置，且電子調(diào)速器與無刷無感直流電機輸入端相連；機身上開有兩個 限位行程槽； 兩個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主齒輪、第一級副 齒輪、第二級主齒輪和第二級副齒輪，且第一級主齒輪、第一級副齒輪、第二級主齒輪、第二 級副齒輪的齒數(shù)之比為；9 ;58 ;8 ;64 ;第一級主齒輪與無刷無感直流電機相連，第一級主齒 輪與第一級副齒輪曬合，第二級主齒輪與第一級副齒輪同軸固定，第二級主齒輪與第二級 副齒輪曬合；第一級主齒輪帶動第一級副齒輪轉(zhuǎn)動，第一級副齒輪帶動第二級主齒輪W相 同角速度轉(zhuǎn)動、第二級主齒輪帶動第二級副齒輪轉(zhuǎn)動； 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限位行程槽下方；每個連接臂支座均安 裝有翼身連接臂，同側(cè)的兩個翼身連接臂與一個撲動翼固定；球頭連桿一端與第二級副齒 輪固定，另一端與一個翼身連接臂相連；第二級副齒輪轉(zhuǎn)動，通過球頭連桿帶動翼身連接臂 上下運動，使得撲動翼上下?lián)鋭樱?進一步地，所述微型撲翼飛行器還包括電子調(diào)速器，電子調(diào)速器與無刷無感直流電機 的輸入端相連。
[0008] -種微型飛行器氣動力測試方法，該方法在上述微型飛行器氣動力測試裝置上實 現(xiàn)，該方法包括W下步驟： (1) 打開前蓋，將微型撲翼飛行器、測力安裝板、測力傳感器、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) 壓顯示控制器實時檢測并控制真空箱殼體內(nèi)的真空度； (3) 打開電源，電源給測力傳感器和微型撲翼飛行器供電，微型撲翼飛行器撲動； (4) 測力傳感器將微型撲翼飛行器在真空狀態(tài)下?lián)鋭訒r產(chǎn)生的力和力矩轉(zhuǎn)換成應(yīng)變電 壓值輸出，并通過數(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、打開進氣口，卸載真空箱殼體中的真空； (6) 測力傳感器將微型撲翼飛行器在費真空狀態(tài)下?lián)鋭訒r產(chǎn)生的力和力矩轉(zhuǎn)換成應(yīng)變 電壓值輸出，并通過數(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時準(zhǔn)確的氣動 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，能源利用效率 高，基于仿生學(xué)設(shè)計，日后可廣泛用于軍事偵察，機場驅(qū)鳥等不同場合；微型撲翼飛行器氣 動力測試裝置相比于現(xiàn)有技術(shù)，能夠定量測試撲翼撲動時產(chǎn)生的準(zhǔn)確氣動力，該種測試方 法相比于現(xiàn)有技術(shù)，將每個系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計，簡便了實驗開展的流程，提高實驗的成功 率。
【附圖說明】
[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為微型飛行器氣動力測試裝置的結(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、測力安裝板5、測力 傳感器、傳感器安裝板6、抽氣口 7和進氣口 8、智能真空負(fù)壓顯示控制器9、螺栓10、接線法 蘭11、機身101、固定板102、第二級副齒輪103、第二級主齒輪104、第一級主齒輪105、第一 級副齒輪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、撲動翼112、限位行程槽113、球頭連桿114。
【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0012] 如圖1所示，一種微型撲翼飛行器，包括機身101、無刷無感直流電機、固定板102、 第二級副齒輪103、第二級主齒輪104、第一級主齒輪105、第一級副齒輪106、第一連接臂支 座107、第二連接