[发明专利]一种仿生柔性扑翼机构及水动力性能测试方法

说明书

本发明一种仿生柔性扑翼机构的水动力性能测试方法，属于仿生测试领域；本发明的仿生柔性扑翼采用naca翼型，材质为硅胶。所述仿生柔性扑翼机构的水动力性能测试方法，采用水动力性能测试装置包括仿生柔性扑翼运动推进平台、仿生柔性扑翼和PIV测试系统；本发明中仿生柔性扑翼水动力性能测试方法可以测试出仿生柔性扑翼的能量转换效率、扭矩系数及推力系数等衡量仿生柔性扑翼性能优劣的关键参数，既可以为仿生柔性扑翼工程样机设计提供参考，又可以为仿生柔性扑翼水动力性能CFD数值模拟和理论研究提供实验依据。

技术领域

本发明属于仿生测试领域，具体涉及一种仿生柔性扑翼机构及水动力性能测试方法。

背景技术

随着人们对海洋生物研究的加深，仿生柔性扑翼推进由于其具有推进效率高、灵活性好、隐蔽性强等特点引起了人们的广泛关注。实验作为一种有效的研究手段，在对柔性扑翼推进的水动力特性研究中起着至关重要的作用。但是，现有的水动力测试方法主要是针对船舶或者水下航行器等刚形体的水动力特性进行设计。由于与船舶等实验对象存在较大的差异，现有的水动力测试方法并不能直接移植到仿生柔性扑翼的水动力测试中来。本发明所述的一种仿生柔性扑翼机构及水动力性能测试方法，提供了制作仿生柔性扑翼的材料及制作模具，同时提供了一种用来测试柔性扑翼相关水动力参数的方法。具体来说，使用柔性材料实现对运动生物的模拟，并且可以测量出仿生柔性扑翼运动过程中的能量转化效率、扭矩系数、推力系数等一系列衡量水动力特性的关键参数，从而为仿生扑翼工程样机的设计提供参考，也可以为仿生扑翼水动力性能的CFD数值模拟和理论研究提供实验验证。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种仿生柔性扑翼机构及水动力性能测试方法，可以测出仿生扑翼运动时的能量转换效率、扭矩系数及推力系数等衡量仿生扑翼性能优劣的关键参数的仿生扑翼水动力性能测试方法。

本发明的技术方案是：一种仿生柔性扑翼机构，其特征在于：所述扑翼机构为仿生柔性扑翼，采用naca翼型，材质为硅胶。

本发明的进一步技术方案是：所述扑翼机构采用硫化模具制备而成，所述硫化模具包括上模具和下模具，所述上模具和下模具之间为可拆卸固定连接；所述上模具、下模具合体后的内型和所述扑翼机构的外型一致。

一种仿生柔性扑翼机构的水动力性能测试方法，其特征在于：

所述水动力性能测试方法使用的测试装置包括仿生柔性扑翼运动推进平台、仿生柔性扑翼和PIV测试系统；仿生柔性扑翼运动推进平台用于实现仿生柔性扑翼的运动和仿生柔性扑翼在推进方向的自由移动；所述仿生柔性扑翼运动推进平台包含六轴力/力矩传感器，能够在控制运动的同时还能记录下仿生柔性扑翼各方向的受力情况；所述PIV测试系统包括连续激光器和高速相机；

所述水动力性能测试方法具体步骤如下：

步骤一：实验标定，在进行仿生柔性扑翼各方向力/力矩的测定时，需要将仿生柔性扑翼的前进正方向同所述六轴力/力矩传感器的X方向进行标定；

步骤二：将所述仿生柔性扑翼及六轴力/力矩传感器通过联轴器安装在仿生柔性扑翼运动推进平台下方，安装完毕后对六轴力/力矩传感器进行归零处理；

步骤三：启动仿生柔性扑翼运动推进平台，确保推进平台在推进方向上稳定运动；

步骤四：通过控制软件，首先设定仿生柔性扑翼的运动参数：平动位移幅值为5mm至25mm，转动角度幅值为20°，转动频率1Hz、1.5Hz、2Hz；然后由雷诺数公式计算：Re＝fc²/ν，其中f为平动频率，c为仿生柔性扑翼的模型长度，/ν为运动粘性系数，Re为流体流动情况的无量纲物理量雷诺数；结合雷诺数的范围：10000至20000，计算出平动的频率范围为1Hz至2Hz，选取1Hz，1.5Hz，2Hz作为试验运动参数；