一种可调节式扑翼飞行器测力平台及其安装使用方法与流程

本发明属于扑翼飞行器气动力测试领域，尤其涉及一种可调节式扑翼飞行器测力平台及其安装使用方法。

背景技术：

为了得到飞行器的气动力和气动力矩等数据，人们普遍采用风洞试验来测量记录，但由于其制作经费高，很多学者对此望而却步。特别是扑翼飞行器，属于新型仿生航空模型，其气动特性明显区别于传统固定翼航空模型。

目前针对扑翼飞行器的气动特性测力平台装置各式各样，其体型普遍大于扑翼飞行器机身尺寸，每一个测力平台都需要根据扑翼飞行器的受力特点和形状特点来重新定制，普适性不高。此外，目前普遍使用的扑翼气动特性测力平台检测性能比较单一，其传感器按照检测维度多分为单分量和三分量传感器，无法满足扑翼飞行器多维气动力和气动力矩同步测量的需要。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可调节式扑翼飞行器测力平台及其安装使用方法，通过控制舵机角度调整扑翼飞行器机身位置，从而测量扑翼飞行器在不同俯仰角情况下的位姿的力和力矩，且能够适应不同尺寸的扑翼飞行器。

本发明采用下述技术方案：

一种可调节式扑翼飞行器测力平台，包括用于夹持扑翼飞行器的夹持装置，夹持装置的底部安装角度调节机构，所述角度调节机构下方通过力传感器连接底座；通过角度调节机构改变夹持装置的倾斜角度，使力传感器采集不同俯仰角度下扑翼飞行器的力及力矩信息；

其中，所述夹持装置包括台板，台板上开设多个调节槽，每一个调节槽两侧对称安装有位置可调的夹板，以夹持不同尺寸的扑翼飞行器。

进一步的，所述调节槽的两侧分别开设定位槽，通过定位槽改变夹板的横向安装位置。

进一步的，所述台板中心设有若干固定孔和定位孔，台板通过固定孔、定位孔与角度调节机构定位安装。

进一步的，所述夹板呈l型。

进一步的，所述角度调节机构包括连接架、舵机和转台架，所述舵机安装于连接架内侧，且舵机顶部通过转台架与台板相连；舵机通过转台架实现台板角度倾斜。

进一步的，所述连接架底部通过顶板与力传感器固定连接。

进一步的，所述力传感器采用六分量传感器。

进一步的，所述舵机为双轴舵机。

进一步的，所述台板采用轻质高强度的金属或非金属材料制成，所述底座采用轻质合金或非金属材料制成。

一种可调节式扑翼飞行器测力平台的安装使用方法，包括以下步骤：

步骤(1)将底座水平放置于工作台，并用固定夹将底板与工作台固定；

步骤(2)在底座上方依次安装力传感器、顶板、连接架、舵机、顶板，在顶板调节槽的两侧对称安装夹板；

步骤(3)将扑翼飞行器的机身放置于对称的两个夹板之间，并将两个夹板通过螺栓紧固；

步骤(4)将力传感器的输出数据线与数据采集卡相连，数据采集卡插入至电脑主机；

步骤(5)启动舵机改变扑翼飞行器的俯仰角度，采集不同俯仰角度下扑翼飞行器的升力、推力、侧向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明设置六分量传感器，在其基础上搭建测力平台，有效解决了传统单分量或三分量传感器测力平台测验功能单一、结构复杂、体量庞大、普适性不高等问题；可以更高效地得到扑翼飞行器的升力、推力和侧向力，以及滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩；同时使测力平台整体体积更小、结构更简单，有效降低制造成本，并便于安装；

(2)本发明的测力平台，具有较高的普适性，可以通过定位槽上的螺栓位置适应多种尺寸大小的扑翼飞行器；同时，本发明不仅可以测量纵向单一平板式的机身结构的扑翼飞行器，也可以测量横向多层平板机身结构的扑翼飞行器；

(3)本发明可以通过控制舵机角度调整扑翼飞行器机身位置，从而测量扑翼飞行器在不同俯仰角情况下的位姿的力和力矩，能够满足扑翼飞行器多维气动力和气动力矩同步测量的需要。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的台板结构示意图；

图3为本发明的角度调节机构结构示意图；

图4为本发明的力传感器与底座安装示意图；

图5为本发明的底座结构示意图；

图6为本发明的力传感器仰视图；

图7为本发明的夹板轴测图；

图8为本发明的水平状态结构示意图；

图9为本发明的倾斜状态结构示意图；

其中，1-台板，2-夹板，3-连接架，4-转台架，5-舵机，6-顶板，7-力传感器，8-底座，9-定位槽，10-调节槽，11-夹板固定孔，12-夹板定位孔，13-顶部螺纹孔，14-顶部定位孔，15-底座固定孔，16-底座定位孔，17-底部定位孔，18-底部螺纹孔，19-横向固定孔，20-纵向固定孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法满足扑翼飞行器多维气动力和气动力矩同步测量需要的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种可调节式扑翼飞行器测力平台及其安装使用方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图9所示，提供了一种可调节式扑翼飞行器测力平台，包括夹持装置、角度调节机构、力传感器7和底座8，其中，夹持装置包括台板1和若干夹板2，角度调节机构包括舵机5、连接架3和转台架4。

所述夹板2成组安装于台板1的上部。

由于夹板2需要承受扑翼飞行器在扑动过程中产生的大部分气动力、惯性力以及扑翼飞行器本身的重力，因此采用四～六个夹板夹住扑翼飞行器机身下缘，起到固定扑翼机、保证力传感器7高精度测量的作用。

优选地，台板1上部安装两组夹板2，每一组夹板2有两个。

所述台板1两端分别开设一个具有一定长度的调节槽10，每个调节槽10的两侧对称开设定位槽9。

优选地，所述调节槽10宽度为4mm，可以放置机身厚度尺寸为4mm内的“平板式”扑翼飞行器。

夹板2通过螺栓与调节槽10固定连接，通过改变夹板2相对调节槽10的水平位置以改变相邻组夹板2的间距，从而适应不同尺寸大小的扑翼飞行器。

所述夹板2呈l型，且对称的两个夹板2相背安装。

夹板2包括水平部和竖直部，水平部和竖直部分别设有数目相同的纵向固定孔20、横向固定孔19；其中，纵向固定孔20与定位槽9配合。

夹板2上纵向固定孔20的中心连线与台板1上定位槽9的中线共线，使用时，将对称的两个夹板2的横向固定孔19同心对齐，确定好扑翼飞行器机身位置后，用螺栓夹紧固定。

优选地，所述夹板2采用铝合金制成。

所述台板1的中心设有若干夹板固定孔11和夹板定位孔12，用于与角度调节机构的连接定位。

优选地，所述台板1的中心设有三个夹板固定孔11和两个夹板定位孔12。

所述台板1选用质地轻、强度高的金属或者非金属材料制成。

优选地，所述台板1选用碳纤维板，并采用切割成型的加工工艺制成。

所述连接架3呈u型，舵机5安装于连接架3的内侧，舵机5顶部连接呈倒l型设置的转台架4，转台架4上开设有与夹板固定孔11相同数目且位置对应的第三固定孔，与夹板定位孔12相同数目且位置对应的第三定位孔。

台板1与转台架4通过在夹板固定孔11、第三固定孔中插入螺栓，在夹板定位孔12、第三定位孔中插入定位销，完成定位安装，达到一面两销的完全定位效果。

所述舵机5为双轴舵机。

所述连接架3底部连接顶板6，顶板6与底座8之间安装力传感器7。

所述力传感器7采用六分量传感器，有效解决了传统单分量或三分量传感器测力平台测验功能单一、结构复杂、体量庞大、普适性不高等问题。

力传感器7的顶部设有顶部螺纹孔13和顶部定位孔14，力传感器7的底部设有三个底部螺纹孔18和一个底部定位孔17，底座8上表面设有三个底座固定孔15和一个底座定位孔16，且底座固定孔15与底部螺纹孔28位置对应，底座定位孔17与底部定位孔17位置对应。

所述底座8可以是任意能够起到支撑作用的框架结构。

优选地，所述底座8呈门字型，且底座8的两端底部分别具有水平的支撑板。

为了保证六分量传感器数据采集的高精度，底座采用强度高、塑性好的轻质合金或非金属材料加工而成。

优选地，所述底座8采用铝合金板切割折弯而成。

考虑力传感器7尺寸，底座8顶面尺寸为5cm*5cm，在保证力传感器7安装稳定的情况下，可节省底座8制造成本。

底座8两侧的支撑板采用固定夹夹住与工作台完成固定，当扑翼飞行器体型过大时，可以在支撑板处打孔，用螺栓与工作台固定。

由于扑翼飞行器翼展约为80～120cm，下扑行程中，扑动角度一般为20度左右，因此机翼翅尖下扑幅度约为27～40cm，为了避免机翼翼尖在测验过程中触地，将底座8高度设置为45cm；同时为了保证台板不干扰扑翼飞行器下扑行程中的拍打姿态，将台板尺寸设置为宽10cm左右，长20cm左右。

本申请的安装使用方法为：

(1)将底座8水平放置于工作台面上，用固定夹将底座8与工作台固定，将螺栓、定位销分别穿过底座8顶面底座固定孔15、底座定位孔16中，放入力传感器7的底部螺纹孔18、底部定位孔17中实现定位与夹紧。

(2)将台板1的夹板固定孔11、底座定位孔12分别与转台架4第三固定孔、第三定位孔对齐后，用螺栓与定位销插入，实现定位与夹紧。

(3)将顶板6放置于力传感器7顶部，再将连接架3竖直放置于顶板6上部，使力传感器7顶部、顶板6、连接架3的固定孔、定位孔中心线分别对齐，随后用螺栓、定位销将三者固定。

(4)将转台架4用螺栓固定在双轴舵机背部的螺纹孔中，再将双轴舵机两侧的螺纹孔与连接架3中的两侧孔中心线对齐，有齿轮的一端插入预留的齿轮孔中，两端均用用螺栓固定。

(5)在台板1、六分量传感器固定好后，将夹板2的纵向固定孔20放于定位槽9中，用螺栓插入，下端用螺母轻微固定；

重复上述操作，将四个定位槽9全部用螺栓插入，并用螺母轻微固定，随后调节扑翼飞行器位置使飞行器的重心位置位于力传感器7正上方，用两组对称放置的夹板2夹紧后，再将夹板2的两个横向固定孔19中心线对齐后，用螺栓插入；在另一侧的夹板2外部用螺母固定；

最后将定位槽9下端的螺母固定，完成安装。

重复此步骤将四个扑翼飞行器夹板全部安装完毕。

(6)将力传感器7的输出数据线与数据采集卡相连接，数据采集卡插入至电脑主机即可完成数据收集。

(7)当需要采集不同俯仰角度下扑翼飞行器的升力、推力、侧向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩时，只需通过控制双轴舵机旋转一定的角度，即可得到不同俯仰角度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。