[发明专利]一种扑翼微型飞行器气动效率及机械效率测量装置

说明书

本发明公开了一种扑翼微型飞行器气动及机械效率测量装置。该装置包含扑翼微型飞行器、真空装置、测量设备及支撑架。本发明测量装置可通过分步测试，将扑翼微型飞行器机构功耗、惯性功耗和气功功耗有效拆分并精准测量，并且可以同步实现对扑翼微型飞行器的多状态量的观测。基于本发明测试装置的方法有利于评估扑翼微型飞行器机构设计和气动设计性能，对扑翼微型飞行器优化具有指导意义。

技术领域

本发明涉及微型飞行器领域，具体来说是一种扑翼微型飞行器气动效率及机械效率测量装置。

背景技术

微型飞行器是一种尺寸小、重量轻、具有一定负载能力和自主飞行能力的新概念飞行器。自上世纪末微型飞行器的概念提出以来，由于其潜在的军事领域和民用领域的用途，微型飞行器成为了各国科研者关注的重点。

微型飞行器尺寸小的特点使其未来应用场景更多集中在执行狭小空间内的各项任务，如探险救灾、军事侦察、辅助救援等。为此，微型飞行器多期望具有悬停飞行能力。当前可悬停微型飞行器主要有旋翼微型飞行器和扑翼微型飞行器两类。可悬停的扑翼微型飞行器受重量和尺寸的限制，在当前设计技术条件下其电源利用率较低且能源负载可携带量有限，这显然难以满足微型飞行器续航需求。因此，为提高扑翼微型飞行器在有限能源条件下的负载能力和续航能力，扑翼微型飞行器设计时必须尽可能提高其能量利用效率。

扑翼微型飞行器的功耗主要分为机械功耗、惯性功耗和气动功耗三部分，前两者为无用功耗，主要消耗在机构往复运动和机构摩擦上，后者为有用功耗，主要用于维持升力和力矩产生。为提升飞行器的效率，不仅需要减小飞行器的机械功耗，提高传动效率，而且还应提高飞行器气动效率，实现消耗较小的气动能耗产生更高的升力。从扑翼微型飞行器设计的角度，准确获得扑翼飞行器的机械功耗和气动功耗，以此为依据评估机构设计和气动设计性能，并据此进行设计改进有着极为重要的意义。

目前扑翼微型飞行器性能评估主要集中在气动力或惯性力的测量，很少关注飞行器效率。但从飞行器设计角度而言，仍有必要开发一套用于准确测量扑翼微型飞行器机械效率和升力效率的装置。扑翼微型飞行器工作时翼高频往复拍动，因此在拍动过程中同时有机械功耗、惯性功耗及气动功耗且三种功耗成分紧耦合在一起，通常很难在测量过程中予以分开，在发明上述测量装置时应着重考虑这一问题。

发明内容

本发明针对现有扑翼微型飞行器性能评估主要集中在力测量，很少关注飞行器效率的测量，且飞行器效率在测量过程中难以有效区分机械功耗、惯性功耗和气动功耗的问题，提出了一种扑翼微型飞行器气动效率及机械效率测量装置；利用该发明，可实现扑翼微型飞行器机械功耗、惯性功耗和气动功耗的准确测量，实现对传动效率和气动效率的计算评估，相关测量和计算结果可为扑翼微型飞行器效率评估与优化提供指导。

所述一种扑翼微型飞行器气动效率及机械效率测量装置包括扑翼微型飞行器、真空装置、测量设备及支撑架。

所述扑翼微型飞行器为测量设备的测量对象，由电机提供动力的双扑翼、四扑翼、扑旋翼等各类扑翼微型飞行器均可以使用本发明装置测量飞行器气动效率和机械效率；所述扑翼微型飞行器包括底座、机翼、动力装置，扑翼微型飞行器的底座留有安装孔以便安装所述扑翼微型飞行器和所述扑翼支撑架，并按照悬停产生升力的方向竖直向上放置；所述动力装置在测量时由稳压电源直接供电驱动，以便测量过程中调节动力装置的输入功率。