一种微型扑翼飞行器气动力测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于航空航天领域，设及一种微型扑翼飞行器气动力测试装置和方 法，W获得飞行器在扑动时的气动力。
【背景技术】
[0002] 微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，与固定翼和旋翼相 比，扑翼飞行器将上升、悬停和推进集于一个扑动系统，仅需要较小的能量损耗即可完成长 距离飞行，扑翼翅膀在高频状态下的扑动和扭转使其获得无与伦比的机动性。
[0003] 昆虫和鸟类的体型比常规飞机小得多，产生的气动力绝对值非常小，且扑动频率 高，所W其周围流场呈现尺度小，变化快的特点；现有的实验设备和理论主要用于常规飞行 器的测量，所W研制针对扑翼飞行器的气动力测试装置尤为重要。现有测量气动力的方法 有通过比例扑翼机构在液体中扇动翅膀时产生升力，但在空气中应用时该方法是否需要改 进需要进一步验证。
[0004] 目前关于扑翼飞行的实验研究主要有两个方面；流场显示和气动力测量。流场显 示一般将扑翼放至低速风洞中，在给定来流速度及俯仰角情况下，布撒示踪粒子，经PIV系 统发射激光及高速相机捕捉图像，定性估测扑翼的流场显示。测力主要是测量系留飞行和 自由飞行的昆虫和飞鸟的气动力，但是由于只能通过动物身体来测量力的变化情况，带来 诸多不确定因素，使得区分气动力和扑翼产生的气动力变得十分困难。因此，设计了微型扑 翼飞行器气动力测试方法和装置。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种微型扑翼飞行器气动力测试 装置。
[0006] 本实用新型的目的是通过W下技术方案实现的；一种微型飞行器气动力测试装 置，包括微型扑翼飞行器、真空箱壳体、旋片式真空累、支撑杆、测力安装板、测力传感器、传 感器安装板、智能真空负压显示控制器、供电调理器、数据采集器、PC端、电源、信号线、第一 电源线和第二电源线；
[0007] 所述真空箱壳体的顶面、侧面均开有观察窗，真空箱壳体的前盖能打开，前盖上设 置有观察窗；真空箱壳体的顶面开有抽气口和进气口，抽气口过PVC透明钢丝管与旋片式 真空累连接；智能真空负压显示控制器安装在真空箱壳体上，智能真空负压显示控制器实 时检测并控制真空箱壳体内的真空度；微型扑翼飞行器、测力安装板、测力传感器、传感器 安装板依次连接，测力安装板通过螺栓与微型扑翼飞行器的重屯、位置固定，传感器安装板 固定在支撑杆上端，测力传感器上端与测力安装板固定，下端与传感器安装板固定，支撑杆 下端固定在真空箱壳体内；真空箱壳体安装有接线法兰，信号线、第一电源线和第二电源线 穿过接线法兰，第一电源线的一端与测力传感器相连，另一端与供电调理器相连，信号线的 一端与测力传感器相连，另一端与数据采集器相连，第二电源线一端与无刷无感直流电机 相连，另一端与电源相连；供电调理器与电源相连；数据采集器与PC端相连。
[000引所述微型扑翼飞行器，包括机身、无刷无感直流电机、固定板、两个齿轮组、第一连 接臂支座、第二连接臂支座、第=连接臂支座、第四连接臂支座、翼身连接臂、扑动翼、两个 球头连杆；固定板竖直安装在机身内，无刷无感直流电机安装在机身内的重屯、位置；机身 上开有两个限位行程槽；
[0009] 两个齿轮组分别安装在固定板的左右两侧，所述齿轮组包括第一级主齿轮、第一 级副齿轮、第二级主齿轮和第二级副齿轮，且第一级主齿轮、第一级副齿轮、第二级主齿轮、 第二级副齿轮的齿数之比为；9 ;58 ;8 ;64 ;第一级主齿轮与无刷无感直流电机相连，第一级 主齿轮与第一级副齿轮晒合，第二级主齿轮与第一级副齿轮同轴固定，第二级主齿轮与第 二级副齿轮晒合；
[0010] 第一连接臂支座和第二连接臂支座安装在固定板左侧，第=连接臂支座和第四连 接臂支座安装在固定板的右侧，且第一连接臂支座和第=连接臂支座位于一个限位行程槽 下方，第二连接臂支座和第四连接臂支座位于另一个限位行程槽下方；每个连接臂支座均 安装有翼身连接臂，同侧的两个翼身连接臂与一个扑动翼固定；球头连杆一端与第二级副 齿轮固定，另一端与一个翼身连接臂相连。
[0011] 本实用新型的有益效果是；微型扑翼飞行器相比于现有的固定翼飞机，能源利用 效率高，基于仿生学设计，日后可广泛用于军事侦察，机场驱鸟等不同场合；微型扑翼飞行 器气动力测试装置相比于现有技术，能够定量测试扑翼扑动时产生的准确气动力，该种测 试方法相比于现有技术，将每个系统进行模块化设计，简便了实验开展的流程，提高实验的 成功率。
【附图说明】
[0012] 图1是微型扑翼飞行器的结构示意图；
[0013] 图2是微型扑翼飞行器内部的结构示意图；
[0014] 图3是齿轮组的结构示意图；
[0015] 图4为微型飞行器气动力测试装置的结构示意图；
[0016] 图5为数据采集和供电系统的流程示意图；
[0017] 图中，真空箱壳体1、旋片式真空累2、微型扑翼飞行器3、支撑杆4、测力安装板5、 测力传感器、传感器安装板6、抽气口 7和进气口 8、智能真空负压显示控制器9、螺栓10、接 线法兰11、机身101、固定板102、第二级副齿轮103、第二级主齿轮104、第一级主齿轮105、 第一级副齿轮106、第一连接臂支座107、第二连接臂支座108、第=连接臂支座109、第四连 接臂支座110、翼身连接臂111、扑动翼112、限位行程槽113、球头连杆114。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0019] 如图1所示，一种微型扑翼飞行器，包括机身101、无刷无感直流电机、固定板102、 第二级副齿轮103、第二级主齿轮104、第一级主齿轮105、第一级副齿轮106、第一连接臂支 座107、第二连接臂支座108、第=连接臂支座109、第四连接臂支座110、翼身连接臂111、 扑动翼112、限位行程槽113、球头连杆114 ;其中无刷无感直流电机可W采用新西达公司的 2208系列电机；
[0020] 如图2所示，固定板102竖直安装在机身101内，无刷无感直流电机安装在机身 101内的重屯、位置；其中，机身101的设计参照自然界中常见的鸟类红単，由光敏树脂激光 照射3D打印而成，用于固定固定板102和无刷无感直流电机；机身101上开有两个限位行 程槽113 ;
[0021] 如图3所示，两个齿轮组分别安装在固定板102的左右两侧，所述齿轮组包括第一 级主齿轮105、第一级副齿轮106、第二级主齿轮104和第二级副齿轮103,各个齿轮的齿数 如下表所示，第一级主齿轮105与无刷无感直流电机相连，第一级主齿轮105与第一级副齿 轮106晒合，第二级主齿轮104与第一级副齿轮106同轴固定，第二级主齿轮104与第二级 副齿轮103晒合；第一级主齿轮105带动第一级副齿轮106转动，第一级副齿轮106带动第 二级主齿轮104W相同角速度转动、第二级主齿轮104带动第二级副齿轮103转动；由于无 刷无感直流电机的转速大，扭矩小，通过齿轮组可W实现速度向扭矩传递由下表可W看出， 通过齿轮组的减速，减速比达到51. 6,有利于保证扑动时的扭矩。
[0022]
【主权项】
1. 一种微型飞行器气动力测试装置，其特征在于，包括微型扑翼飞行器（3)、真空箱壳 体（1)、旋片式真空泵（2)、支撑杆（4)、测力安装板（5)、测力传感器、传感器安装板（6)、智 能真空负压显示控制器（9)、供电调理器、数据采集器、PC端、电源、信号线、第一电源线和 第二电源线； 所述真空箱壳体（1)的顶面、侧面均开有观察窗，真空箱壳体（1)的前盖能打开，前盖 上设置有观察窗；真空箱壳体（1)的顶面开有抽气口（7)和进气口（8)，抽气口（7)过PVC 透明钢丝管与旋片式真空泵（2)连接；智能真空负压显示控制器（9)安装在真空箱壳体（1) 上，智能真空负压显示控制器（9)实时检测并控制真空箱壳体（1)内的真空度；微型扑翼飞 行器（3)、测力安装板（5)、测力传感器、传感器安装板（6)依次连接，测力安装板（5)通过螺 栓（10)与微型扑翼飞行器（3)的重心位置固定，传感器安装板（6)固定在支撑杆（4)上端， 测力传感器上端与测力安装板（5)固定，下端与传感器安装板（6)固定，支撑杆（4)下端固 定在真空箱壳体（1)内；真空箱壳体（1)安装有接线法兰（11)，信号线、第一电源线和第二 电源线穿过接线法兰（11)，第一电源线的一端与测力传感器相连，另一端与供电调理器相 连，信号线的一端与测力传感器相连，另一端与数据采集器相连，第二电源线一端与无刷无 感直流电机相连，另一端与电源相连；供电调理器与电源相连；数据采集器与PC端相连； 所述微型扑翼飞行器，包括机身（101)、无刷无感直流电机、固定板（102)、两个齿轮 组、第一连接臂支座（107)、第二连接臂支座（108)、第三连接臂支座（109)、第四连接臂支 座（110)、翼身连接臂（111)、扑动翼（112)、两个球头连杆（114);固定板（102)竖直安装在 机身（101)内，无刷无感直流电机安装在机身（101)内的重心位置；机身（101)上开有两个 限位行程槽（113); 两个齿轮组分别安装在固定板（102)的左右两侧，所述齿轮组包括第一级主齿轮 (105)、第一级副齿轮（106)、第二级主齿轮（104)和第二级副齿轮（103)，且第一级主齿轮 (105)、第一级副齿轮（106)、第二级主齿轮（104)、第二级副齿轮（103)的齿数之比为：9 : 58 :8 :64 ;第一级主齿轮（105)与无刷无感直流电机相连，第一级主齿轮（105)与第一级副 齿轮（106)啮合，第二级主齿轮（104)与第一级副齿轮（106)同轴固定，第二级主齿轮（104) 与第二级副齿轮（103)啮合； 第一连接臂支座（107)和第二连接臂支座（108)安装在固定板（102)左侧，第三连接臂 支座（109)和第四连接臂支座（110)安装在固定板（102)的右侧，且第一连接臂支座（107) 和第三连接臂支座（109 )位于一个限位行程槽（113 )下方，第二连接臂支座（108 )和第四连 接臂支座（110)位于另一个限位行程槽（113)下方；每个连接臂支座均安装有翼身连接臂 (111 )，同侧的两个翼身连接臂（111)与一个扑动翼（112)固定；球头连杆（114)一端与第二 级副齿轮（103)固定，另一端与一个翼身连接臂（111)相连。
【专利摘要】本实用新型公开了一种微型扑翼飞行器气动力测试装置，所述气动力测试装置包括微型扑翼飞行器、真空箱壳体、旋片式真空泵、支撑杆、测力安装板、测力传感器、传感器安装板等。使微扑型飞行器在真空箱中扑翼，通过测力传感器检测飞行器在真空状态下和常规状态下竖直方向上所受到的作用力之差得到气动力。本实用新型测试装置能够定量测试扑翼扑动时产生的准确气动力，能够在给定扑动频率的情况下实时测量力的变化。
【IPC分类】G01M9-06
【公开号】CN204405290
【申请号】CN201420810876
【发明人】郑耀, 荣臻, 季廷伟, 胡建强, 叶志贤, 张玄武
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月20日