[发明专利]昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及昆虫仿生实验研究技术领域，特别涉及一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置。

背景技术

目前，仿生学作为一门蓬勃发展的交叉学科逐步成为国内外研究的热点。而其中昆虫变构型扑翼的飞行模式可能给人们以很多具有重大意义的启示，从而给先进动力推进系统、微型飞行器设计等领域带来新思路和新方法。但是，昆虫体型较小，对其飞行行为进行有效的引导与控制比较困难。同时，由于现有技术与仪器的限制，对其复杂的飞行状态进行观测、对微小的动力学参量进行测量与记录也存在着一定难度。

根据对迄今为止与昆虫飞行有关的国内外实验文献的调研，发现：在获取昆虫飞行的动力学参数时，通常采用以下三种方法：1、利用一套完整的观测系统测量出昆虫飞行时翅膀运动的规律，然后在CFD中建造昆虫模型并利用测量出的运动规律计算出流场和昆虫飞行的动力学特性。（参考：Liu,H.;Aono,H.,Size effects on insect hoveringaerodynamics:an integratedcomputational study，Bioinsp.Biomim.4(2009)015002(13pp)）2、采用与1中类似的观测系统，并加入能够显示和观测甚至测量流场的装置（比如烟线法和DPIV方法），根据流场粗略计算飞行的动力学参数。（参考：Charles P.Ellington,Coen van Berg,Leading-edge vortlces in insect flight,Nature,384(19):(1996)626-630）3、模仿昆虫翅膀建立约为10倍的放大模型，根据1和2中测量出的翅膀运动规律，运用相似性原理，对模型在相应流体中运动时产生的力学参数进行测量，测量时采用杠杆放大法或力学传感器。如美国的James M.Birch等在对昆虫飞行时翅膀的动力学参数与流场特点的研究中就采用了这样的装置与方法（参考：James M.Birch,Michael H.Dickinson,Spanwise flow and the attachment of the leading-edge vortex on inset wings,Nature,412(16):(2001)729-733）。

然而，以上的三种方法分别存在以下缺点：方法1运用软件计算流场和力学特性，一些变量取值尚不明确，存在较大误差。方法2着重于观测流场，但是因为流场测量本身的不准确性和流场的复杂性，根据流场对力学特性的计算比较粗略，无法得到精确结果。方法3的模型本身不能复制昆虫翅膀的所有特征，而且在驱动模型翅膀运动时必须对运动规律进行简化，否则超出现有机械结构所能实现的运动范围，因而会引入一些误差。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，该装置能够对昆虫进行有效地飞行观测，并能对实际昆虫飞行时的动力学参数进行直接、准确的测量，可为昆虫扑翼飞行机理的研究提供精确样本，同时，该装置结构简单、成本低。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种昆虫飞行形态观测及动力学特性测试装置，其特征在于，包括：底座；观察箱，所述观察箱设置在所述底座上，用于放置昆虫；刺激模块，所述刺激模块设置在所述观察箱的侧壁上，用于对所述昆虫进行刺激，促使所述昆虫飞行或改变其飞行状态；微拉力检测模块，所述微拉力检测模块与所述底座相连且位于所述观察箱的下部，所述微拉力检测模块还与所述昆虫相连，用于根据所述昆虫飞行时对其造成的位移量计算所述昆虫飞行时的动力学参数；图像采集模块，所述图像采集模块设置在所述观察箱的前方，用于对所述昆虫的飞行形态进行图像采集；控制器，所述控制器设置在所述底座的侧面，所述控制器分别与所述刺激模块和所述图像采集模块相连，用于对所述刺激模块和所述图像采集模块进行控制。