[发明专利]一种组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法

说明书

本发明涉及一种组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法，属于扑翼飞行器性能测试技术领域。包括气动特性综合测量平台和扑翼飞行器机翼运动发生机构。二者通过柔性联杆连接，不同测量方位的测力传感器测得的力值通过一定的数学模型解算出3维气动力、3维气动力矩。本发明以单分量悬臂梁测力传感器为核心，提出组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法，测力装置结构简单、关键部件价格低廉、具有良好的可计量性。将多个单分量悬臂梁测力传感器按照一定的测量原理有机地结合起来，有效地利用传感器之间的组合提升测试装置及方法的适用性，同时测量范围可根据单分量悬臂梁测力传感器测力范围进行扩展，可以满足多种场合测量需求。

技术领域

本发明涉及一种组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法，属于扑翼飞行器性能测试技术领域。

背景技术

扑翼飞行器属于新型仿生航空飞行器，具有体积小、机动灵活、环境适应性强等特点。扑翼飞行器飞行动力明显区别于传统航空器，通过机身两侧对称机翼周期性上下扑动与空气相互作用产生，所以扑翼飞行器气动性能和飞行控制品质均与机翼的性能参数直接相关。

在扑翼飞行器气动力测量中，多分量测力传感器的测量精度和各分量之间的耦合特性是矛盾的，高精度多分量测力传感器测力分量越多，传感器结构越复杂，与之对应的标定和解耦工作越困难。另一方面，高精度多分量测力传感器需根据扑翼飞行器相应气动测试要求和气动结构定制，大大增加了新型无人机研制成本和研发周期，通用性差，不利于推广应用。同时高精度多分量测力传感器校准工作需要专用多分量力校准装置和设备，后期计量校准难度大，无法实施有效的全寿命周期计量保障。因此寻求解决多分量力和测试方法复杂程度的有效统一，解决扑翼飞行器多维气动力和气动力矩测量瓶颈问题，实现扑翼飞行器机翼气动性的合理表征，是十分重要的研究任务。

单分量悬臂梁测力传感器目前已经广泛应用于科研、生产与日常生活中测力需求，具有价格低廉、操作简便、测量精度高等特点。但由于其测力原理和传感器结构的局限，单个传感器无法满足目前扑翼飞行器多维气动力和气动力力矩测量的需要。以单分量悬臂梁测力传感器为核心，提出组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法，将多个单分量悬臂梁测力传感器按照一定的测量原理有机地结合起来，有效地利用单分量悬臂梁测力传感器之间的组合提升测试方法的适用性，解决研发过程中扑翼飞行器机翼气动特性(即六维气动力和气动力矩，如图1)测量技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了降低扑翼飞行器研发周期内机翼气动特性测试成本，同时保证气动力和气动力矩测量保持高分辨力、准确度及可计量性，提出一种组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

一种组合式多分量扑翼飞行器机翼气动特性测试方法，具体步骤如下：

步骤一、通过扑翼飞行器机翼运动发生机构控制被测扑翼飞行器机翼周期上下扑动运动，需保证扑翼飞行器机翼运动发生机构为被测扑翼飞行器机翼气动特性测试提供稳定可靠的动力输出，同时扑翼飞行器机翼运动发生机构的运动输出可以根据不同型号被测扑翼飞行器机翼气动参数相应调整调整；

步骤二、采用八只单分量悬臂梁测力传感器在正交轴系内对称布置，实现组合测量被测扑翼飞行器机翼扑动过程中产生的六维气动力和气动力矩；

步骤三、将步骤二所得各单分量悬臂梁测力传感器测量方向上的增量值通过公式(1)进行计算，能够解算出被测扑翼飞行器机翼的气动特性，即其周期性扑动运动过程中产生的六维气动力和气动力矩；

式中：

Z_S、X_S和Y_S分别为被测扑翼飞行器机翼运动过程中产生的升力、推力和侧向力，N；