[发明专利]一种微型扑翼飞行器惯性力测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天领域，涉及一种微型扑翼飞行器惯性力测试装置和方法，以获得飞行器在扑动时的惯性力。

背景技术

 微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，与固定翼和旋翼相比，扑翼飞行器将上升、悬停和推进集于一个扑动系统，仅需要较小的能量损耗即可完成长距离飞行，扑翼翅膀在高频状态下的扑动和扭转使其获得无与伦比的机动性。

昆虫和鸟类的体型比常规飞机小得多，产生的惯性力绝对值非常小，且扑动频率高，所以其周围流场呈现尺度小，变化快的特点；现有的实验设备和理论主要用于常规飞行器的测量，所以研制针对扑翼飞行器的惯性力测试装置尤为重要。现有测量惯性力的方法有通过比例扑翼机构在液体中扇动翅膀时产生升力，但在空气中应用时该方法是否需要改进需要进一步验证。

目前关于扑翼飞行的实验研究主要有两个方面：流场显示和惯性力测量。流场显示一般将扑翼放至低速风洞中，在给定来流速度及俯仰角情况下，布撒示踪粒子，经PIV系统发射激光及高速相机捕捉图像，定性估测扑翼的流场显示。测力主要是测量系留飞行和自由飞行的昆虫和飞鸟的惯性力，但是由于只能通过动物身体来测量力的变化情况，带来诸多不确定因素，使得区分惯性力和扑翼产生的惯性力变得十分困难。因此，设计了微型扑翼飞行器惯性力测试方法和装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种微型扑翼飞行器惯性力测试装置及测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种微型飞行器惯性力测试装置，包括微型扑翼飞行器、真空箱壳体、旋片式真空泵、支撑杆、测力安装板、测力传感器、传感器安装板、智能真空负压显示控制器、供电调理器、数据采集器、PC端、电源、信号线、第一电源线和第二电源线；

所述真空箱壳体的顶面、侧面均开有观察窗，真空箱壳体的前盖能打开，前盖上设置有观察窗；真空箱壳体的顶面开有抽气口和进气口，抽气口通过PVC透明钢丝管与旋片式真空泵连接；智能真空负压显示控制器安装在真空箱壳体上，智能真空负压显示控制器实时检测并控制真空箱壳体内的真空度；微型扑翼飞行器、测力安装板、测力传感器、传感器安装板依次连接，测力安装板通过螺栓与微型扑翼飞行器的重心位置固定，传感器安装板固定在支撑杆上端，测力传感器上端与测力安装板固定，下端与传感器安装板固定，支撑杆下端固定在真空箱壳体内；真空箱壳体安装有接线法兰，信号线、第一电源线和第二电源线穿过接线法兰，第一电源线的一端与测力传感器相连，另一端与供电调理器相连，信号线的一端与测力传感器相连，另一端与数据采集器相连、第二电源线一端与无刷无感直流电机相连，另一端与电源相连；供电调理器与电源相连，电源给供电调理器、测力传感器和无刷无感直流电机供电；数据采集器与PC端相连，测力传感器将微型扑翼飞行器在扑动时产生的力和力矩转换成应变电压值输出，并通过数据采集器将应变电压传送给PC端，PC端将应变电压值转化为微型扑翼飞行器竖直方向上受到的力的大小；

所述微型扑翼飞行器，包括机身、无刷无感直流电机、固定板、两个齿轮组、第一连接臂支座、第二连接臂支座、第三连接臂支座、第四连接臂支座、翼身连接臂、扑动翼、两个球头连杆和电子调速器；固定板竖直安装在机身内，电子调速器和无刷无感直流电机均安装在机身内的重心位置，且电子调速器与无刷无感直流电机输入端相连；机身上开有两个限位行程槽；

两个齿轮组分别安装在固定板的左右两侧，所述齿轮组包括第一级主齿轮、第一级副齿轮、第二级主齿轮和第二级副齿轮，且第一级主齿轮、第一级副齿轮、第二级主齿轮、第二级副齿轮的齿数之比为：9：58：8：64；第一级主齿轮与无刷无感直流电机相连，第一级主齿轮与第一级副齿轮啮合，第二级主齿轮与第一级副齿轮同轴固定，第二级主齿轮与第二级副齿轮啮合；第一级主齿轮带动第一级副齿轮转动，第一级副齿轮带动第二级主齿轮以相同角速度转动、第二级主齿轮带动第二级副齿轮转动；

第一连接臂支座和第二连接臂支座安装在固定板左侧，第三连接臂支座和第四连接臂支座安装在固定板的右侧，且第一连接臂支座和第三连接臂支座位于一个限位行程槽下方，第二连接臂支座和第四连接臂支座位于另一个限位行程槽下方；每个连接臂支座均安装有翼身连接臂，同侧的两个翼身连接臂与一个扑动翼固定；球头连杆一端与第二级副齿轮固定，另一端与一个翼身连接臂相连；第二级副齿轮转动，通过球头连杆带动翼身连接臂上下运动，使得扑动翼上下扑动；