[发明专利]一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台

说明书

本发明一种扑翼微型飞行器平均升力与翼运动同步测量平台包括光学平台、竖直支撑杆、水平支撑杆、支撑杆连接件、飞行器夹具、电子秤，挡风板和3台高速摄像机及相机固定支架。在所述测量平台中，高精度电子秤及挡风板用于快速测量飞行器的平均升力，布置在飞行器的垂直正上方、水平侧方以及水平前方的高速摄像机用于同步拍摄翼运动图像用于对扑翼运动进行重建，获得翼角运动和变形。本发明利用电子秤、高速摄像机等工具以及零部件，制造简单并容易获得较高的力和运动测量精度，可以快速完成扑翼微型飞行器总体设计阶段的气动力、翼运动和变形测量，为气动参数优化提供数据支持。

技术领域

本发明涉及扑翼微型飞行器领域，具体来说，是一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台。

背景技术

自二十世纪九十年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的大幅进步，微型飞行器被提出并快速发展。微型飞行器具有体积小、重量轻和机动性强等特征，在国家安全和国民经济建设方面具有广泛的应用前景，适用于复杂环境下的侦查、勘探和协助救援等工作。随着人们对自然生物飞行的不断探索，仿生学设计被越来越多的应用于微型飞行器领域，开始出现模仿昆虫飞行的扑翼微型飞行器。

扑翼微型飞行器的升力和升力产生效率是初始设计阶段最重要的参数且二者均与翼在拍动过程中攻角的变化密切相关。在飞行器初始设计阶段，需要对飞行器平均升力和翼运动参数进行测量，一方面验证飞行器的升力产生能力，另一方面观察翼是否运动时攻角处于高升力和高气动效率的范围内。从这一需求出发，在该阶段需要一个能够简单且快速获取飞行器平均升力和运动变化的同步测量实验平台。而现有的有关扑翼微型飞行器运动测量和气动力测量的专利，通常只能进行气动力测量或只能进行运动参数测量，或虽然能同时进行气动力和运动参数的测量但过于复杂。如专利“一种高扇翅频昆虫飞行运动参数测量装置” (ZL200410086565.2)只具备用高速摄像机进行拍摄昆虫运动测量其运动参数这一功能，而不能进行气动力测量,且需要组合四面镜和多个平面外反射镜配合来避免观测盲区和遮挡；专利“一种高速图像与力数据同步采集系统”(ZL201210054671.7)虽然可以对昆虫飞行时的姿态及飞行力进行同步测量，但飞行力测量部分侧重于对昆虫拍动产生的气动力的精确测量，需采用力传感器、信号调理模块和力学数据采集处理计算机进行力学数据采集，结构复杂。因此，需要一种能满足气动力和运动测量需求且结构简单、操作方便的扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台。

发明内容

本发明为了解决快速获得扑翼微型飞行器翼运动变化和平均升力的问题，发明了一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，该平台既可以快速、较为准确的测量扑翼微型飞行器的平均升力，同时通过三台高速摄像机观测扑翼微型飞行器的运动参数和扑翼翻转情况，快速得到扑翼微型飞行器的拍动角、攻角、机翼扭曲变形情况。

所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台包括光学平台、支撑杆、支撑杆连接件、飞行器夹具、电子秤、挡风板和3台高速摄像机及相机固定支架。所述光学平台置于地面，所述光学平台上放置所述电子秤，扑翼微型飞行器通过安装在所述光学平台上的支撑杆上固定在所述电子秤的上方；所述电子秤放置在所述光学平台上且位于所述扑翼微型飞行器正下方，所述电子秤、所述挡风板与所述扑翼微型飞行器电机中心对齐，成一条线；测量平均升力时，直接读取所述电子秤的读数，获得平均升力大小；秤面距离所述扑翼微型飞行器下缘的高度差为2.5倍至3倍的扑翼微型飞行器翼弦长，以保证平均升力测量结果的准确性；所述3台高速摄像机通过所述相机固定支架分别布置在所述飞行器的垂直正上方、水平侧方以及水平前方。

所述光学平台为实验平台基座，表面光滑平整，台面阵列螺纹孔用来与带有螺纹的所述支撑杆相连接；

所述支撑杆为两端带螺纹的实心不锈钢长杆，其中一根竖直支撑杆经螺纹固定到所述光学平台上，安装后所述竖直支撑杆与所述光学平台紧密连接，且不会晃动；另一根水平支撑杆经所述支撑杆连接件与所述竖直支撑杆固定连接；