[发明专利]一种仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置设计方法

说明书

一种仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置设计方法，属于仿生设计技术领域。它包括以下步骤：1、以猛禽飞羽的羽根为仿生原型，绘制猛禽飞羽的羽根截面图；2、通过曲线公式拟合出羽根母线的方程式，提取出羽根弯度；3、利用三维建模，画出猛禽飞羽羽根的三维立体图，以羽根的三维立体图作为基础，绘制仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置的三维立体图；4、选取弹性金属材料制作固定套管装置。本发明以猛禽飞羽的羽根为基础进行固定套管装置的外形设计，仿生羽毛嵌入该套管装置中，该套管装置能够控制仿生羽毛运动的多个自由度，保证将仿生羽毛牢牢地固定在机翼而不轻易滑移掉落，为更好控制飞行提供前提条件。

技术领域

本发明属于仿生设计技术领域，具体涉及一种仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置设计方法。

背景技术

无人机具有较高的机动灵活性等优点，世界各国都在对无人机技术做研究发展，无人机在设计时要着重提高其机动灵活性。机翼作为无人机完成飞翔动作的核心部件，提高其工作效率对提高无人机性能发挥着重要的作用。

依据达尔文的进化论，自然界中的鸟类经过上亿年的进化，优胜劣汰，不断适应环境的变化，其身体结构也在不断进化，特别是作为鸟类至关重要的身体部位的翅膀，其结构近乎完美。猛禽可以在复杂的环境中飞行，具有高效性、机动性和稳定性，而猛禽飞羽是完成飞翔动作的重要结构。羽毛在猛禽体表按一个方向规律的排布，可以减小飞行时的阻力；羽毛的张开、闭合、旋转可以实现对飞行路径的控制。因此以猛禽飞羽为仿生原型，将猛禽飞羽运动机理运用到仿生飞行器上，为仿生飞行器的研究提供重要的参考价值。

科学家很早就开始研究猛禽飞羽结构。但随着研究的深入，在微观方面，光学显微镜已经逐渐无法满足研究需要，其他技术手段逐渐被运用到猛禽飞羽研究，如扫描电子显微镜来观察羽毛的微观结构。但是尚未出现对仿生羽毛固定套管装置的设计。本发明对猛禽飞羽的羽根部分进行建模，设计出了用于仿生飞行器上的仿生羽毛固定套管装置，即仿生滤泡。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置设计方法，可以用于设计飞行器仿生羽毛的固定装置。

本发明提供如下技术方案：一种仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置设计方法，其特征在于：包括以下步骤:

步骤1、以猛禽飞羽的羽根为仿生原型，绘制猛禽飞羽的羽根截面图；

步骤2、提取出羽根弯度,利用曲线公式拟合出羽根母线的方程式,基于拟合出的方程式进行三维建模,画出猛禽飞羽羽根的三维立体图；

步骤3、以羽根的三维立体图作为基础，绘制与羽根相同形状的固定套管的三维立体图；

步骤4、选取弹性金属材料作为固定套管装置的制作材料，以步骤3中绘制出的固定套管装置的三维立体图为基础，制作固定套管装置。

所述的一种仿猛禽飞羽滤泡的固定套管装置设计方法，其特征在于所述步骤1包括以下具体步骤：

1.1、用三维扫描仪对羽根进行三维点云扫描，获取羽根的三维表面点云数据；

1.2、确定选取羽根二维截面位置，获取羽根的二维截面点云,具体过程如下：以羽根底部末端为顶点,向上分别选取若干个位置处的截面，将获得的羽根三维点云经过选取的截面，获取对应截面处的羽根二维点云；

1.3、根据获得的羽根二维截面点云，用几何公式对羽根形状进行拟合，由于二维截面为椭圆形，结合椭圆方程式:

在直角坐标系xOy下，将椭圆长轴(2a)置于y轴，短轴(2b)置于x轴得到长轴和短轴不同的若干个二维椭圆截面，根据扫描所得二维点云数据，确定椭圆截面的长轴和短轴，进一步确定羽根的二维截面形状。