[发明专利]扑翼模型支撑机构

说明书

技术领域

本发明涉及扑翼模型支撑机构，尤其涉及一种扑翼模型的两自由度支撑机构，该机构可用于扑翼飞行器风洞实验。

背景技术

近年来，微型飞行器因为其具有体积小、重量轻、成本低的特点以及广泛的应用前景成为了新的研究热点。而扑翼飞行器更是因为其在微型尺度的独特优势越来越受到关注。国内外多个高校及研究机构针对扑翼飞行展开了多方面的理论和实验研究。其中，扑翼飞行器的风洞实验研究较为突出的有佛罗里达大学，密歇根大学，北京航空航天大学，他们的研究集中在扑翼的流场特性和扑翼产生的力及力矩特性两方面。

但目前有关扑翼的风洞实验研究大多模仿固定翼的风洞实验，并未考虑到扑翼真实飞行状态时具有的周期性俯仰和沉浮运动，如南京航空航天大学的实验扑动机构直接插接在天平支架上，只能够测试单纯扑动状态下扑翼的力及力矩特性（具体内容可以参考昂海松&曾锐&段文博&史志伟，柔性扑翼微型飞行器升力和推力机理的风洞实验和飞行实验，航空动力学报，2007，22（11）：1838-1845），并未能考虑俯仰和沉浮对于测力造成的影响，这使得对扑翼飞行器的分析和设计优化都存在偏差，设计出的扑翼飞行器并未能达到最优的性能。

综上所述，现有扑翼风洞实验的主要问题在于仅仅采用扑动机构测量纯扑动扑翼产生的力和力矩，不能模拟实际飞行时的扑翼状态，扑翼的分析和改进设计都存在很大偏差。

发明内容

本发明提供一种扑翼模型支撑机构，它是利用具有沉浮和俯仰两个自由度的支撑机构用以在风洞中支撑扑翼实验的扑动机构，同时可以准确控制沉浮运动和俯仰运动的幅度和频率，模拟真实扑翼飞行的状态，以便风洞实验获得最接近真实飞行状态扑翼产生的力和力矩数据，为后续的分析和设计改进提供更好参考。

本发明的技术方案是：

一种扑翼模型支撑机构，包括：底座，升降板，模型安装板，线性滑轨滑块组合，支杆安装座，沉浮运动机构，俯仰运动机构以及整流罩，

其特殊之处在于：

所述整流罩顶部敞开，底部封闭，后部开有可供风洞支杆伸入的空心管，内部包裹沉浮运动机构、俯仰运动机构以及支杆安装座；

所述支杆安装座固定安装在底座上，开孔处可插接风洞支杆；

所述模型安装板位于整流罩上方，其上表面能够安装六分量传感器或扑翼模型，下表面有两个铰接接头，分别为前铰接接头和后铰接接头，前铰接接头用于连接模型安装板，后铰接接头用于连接升降板。

上述线性滑轨滑块组合包括第一线性滑轨、第一线性滑轨和第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块；

所述第一线性滑轨、第二线性滑轨分别固连于底座的两端，第一滑块、第二滑块安装在第一线性滑轨上，第三滑块、第四滑块安装在第二线性滑轨上，并且第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块均与升降板固连。

上述沉浮运动机构包括沉浮驱动滑片、行星减速单元、电机、电机支撑架、舵机和舵机支撑架；

所述沉浮运动机构固连在底座上，沉浮驱动滑片固连在升降板上，行星减速单元的运动输出为往复的曲柄直线运动，可驱动沉浮驱动滑片改变第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块在第一线性滑轨和第二线性滑轨上的位置，使得升降板相对底座产生竖直方向的位移，实现与其相连的模型安装板的沉浮运动。

上述沉浮运动机构的电机支撑架、电机与行星减速单元固连，且可绕电机输出轴转动，行星减速单元的行星齿轮的齿数与内齿圈的齿数比为1：2，驱动曲柄位于行星齿轮基圆上，电机工作时驱动曲柄在内齿圈上的一条直径上做往复直线运动。

上述沉浮运动机构的沉浮幅度为0～±50cm。

上述俯仰运动机构包括俯仰驱动滑片、行星减速单元、电机、电机支撑架、舵机和舵机支撑架；

所述俯仰运动机构固连在升降板上，其运动输出为往复的曲柄直线运动，可驱动俯仰驱动滑片产生竖直方向分位移，带动联动杆运动，从而使模型安装板相对其后铰链接头产生转动，实现模型安装板的俯仰运动。

上述俯仰运动机构的电机支撑架、电机与行星减速单元固连，且可绕电机输出轴转动，行星减速单元的行星齿轮的齿数与内齿圈的齿数比为1：2，驱动曲柄位于行星齿轮基圆上，电机工作时驱动曲柄在内齿圈上的一条直径上做往复直线运动。

上述的俯仰运动机构的俯仰角幅度为0～±15°。

上述整流罩形状类似一对称翼型，可减小机构进行吹风实验时产生的支架干扰。

一种上述扑翼模型支撑机构的应用，其特殊之处在于：该机构用于支撑扑翼飞行器进行风洞实验。