一種微型撲翼飛行器慣性力測試裝置及測試方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空航天領域，涉及一種微型撲翼飛行器慣性力測試裝置和方法，W 獲得飛行器在撲動時的慣性力。
【背景技術】
[0002] 微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類或昆蟲飛行的新概念飛行器，與固定翼和旋翼 相比，撲翼飛行器將上升、息停和推進集于一個撲動系統，僅需要較小的能量損耗即可完成 長距離飛行，撲翼翅膀在高頻狀態(tài)下的撲動和扭轉使其獲得無與倫比的機動性。
[0003] 昆蟲和鳥類的體型比常規(guī)飛機小得多，產生的慣性力絕對值非常小，且撲動頻率 高，所W其周圍流場呈現尺度小，變化快的特點；現有的實驗設備和理論主要用于常規(guī)飛行 器的測量，所W研制針對撲翼飛行器的慣性力測試裝置尤為重要?，F有測量慣性力的方法 有通過比例撲翼機構在液體中扇動翅膀時產生升力，但在空氣中應用時該方法是否需要改 進需要進一步驗證。
[0004] 目前關于撲翼飛行的實驗研究主要有兩個方面；流場顯示和慣性力測量。流場顯 示一般將撲翼放至低速風洞中，在給定來流速度及俯仰角情況下，布撒示蹤粒子，經PIV系 統發(fā)射激光及高速相機捕捉圖像，定性估測撲翼的流場顯示。測力主要是測量系留飛行和 自由飛行的昆蟲和飛鳥的慣性力，但是由于只能通過動物身體來測量力的變化情況，帶來 諸多不確定因素，使得區(qū)分慣性力和撲翼產生的慣性力變得十分困難。因此，設計了微型撲 翼飛行器慣性力測試方法和裝置。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種微型撲翼飛行器慣性力測試裝置 及測試方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過W下技術方案實現的；一種微型飛行器慣性力測試裝置，包 括微型撲翼飛行器、真空箱殼體、旋片式真空粟、支撐桿、測力安裝板、測力傳感器、傳感器 安裝板、智能真空負壓顯示控制器、供電調理器、數據采集器、PC端、電源、信號線、第一電源 線和第二電源線； 所述真空箱殼體的頂面、側面均開有觀察窗，真空箱殼體的前蓋能打開，前蓋上設置有 觀察窗；真空箱殼體的頂面開有抽氣口和進氣口，抽氣口通過PVC透明鋼絲管與旋片式真 空粟連接；智能真空負壓顯示控制器安裝在真空箱殼體上，智能真空負壓顯示控制器實時 檢測并控制真空箱殼體內的真空度；微型撲翼飛行器、測力安裝板、測力傳感器、傳感器安 裝板依次連接，測力安裝板通過螺栓與微型撲翼飛行器的重也位置固定，傳感器安裝板固 定在支撐桿上端，測力傳感器上端與測力安裝板固定，下端與傳感器安裝板固定，支撐桿下 端固定在真空箱殼體內；真空箱殼體安裝有接線法蘭，信號線、第一電源線和第二電源線穿 過接線法蘭，第一電源線的一端與測力傳感器相連，另一端與供電調理器相連，信號線的一 端與測力傳感器相連，另一端與數據采集器相連、第二電源線一端與無刷無感直流電機相 連，另一端與電源相連；供電調理器與電源相連，電源給供電調理器、測力傳感器和無刷無 感直流電機供電；數據采集器與PC端相連，測力傳感器將微型撲翼飛行器在撲動時產生的 力和力矩轉換成應變電壓值輸出，并通過數據采集器將應變電壓傳送給PC端，PC端將應變 電壓值轉化為微型撲翼飛行器豎直方向上受到的力的大??； 所述微型撲翼飛行器，包括機身、無刷無感直流電機、固定板、兩個齒輪組、第一連接臂 支座、第二連接臂支座、第H連接臂支座、第四連接臂支座、翼身連接臂、撲動翼、兩個球頭 連桿和電子調速器；固定板豎直安裝在機身內，電子調速器和無刷無感直流電機均安裝在 機身內的重也位置，且電子調速器與無刷無感直流電機輸入端相連；機身上開有兩個限位 行程槽； 兩個齒輪組分別安裝在固定板的左右兩側，所述齒輪組包括第一級主齒輪、第一級副 齒輪、第二級主齒輪和第二級副齒輪，且第一級主齒輪、第一級副齒輪、第二級主齒輪、第二 級副齒輪的齒數之比為；9 ;58 ;8 ;64 ;第一級主齒輪與無刷無感直流電機相連，第一級主齒 輪與第一級副齒輪曬合，第二級主齒輪與第一級副齒輪同軸固定，第二級主齒輪與第二級 副齒輪曬合；第一級主齒輪帶動第一級副齒輪轉動，第一級副齒輪帶動第二級主齒輪W相 同角速度轉動、第二級主齒輪帶動第二級副齒輪轉動； 第一連接臂支座和第二連接臂支座安裝在固定板左側，第H連接臂支座和第四連接 臂支座安裝在固定板的右側，且第一連接臂支座和第H連接臂支座位于一個限位行程槽下 方，第二連接臂支座和第四連接臂支座位于另一個限位行程槽下方；每個連接臂支座均安 裝有翼身連接臂，同側的兩個翼身連接臂與一個撲動翼固定；球頭連桿一端與第二級副齒 輪固定，另一端與一個翼身連接臂相連；第二級副齒輪轉動，通過球頭連桿帶動翼身連接臂 上下運動，使得撲動翼上下撲動； 所述裝置還包括頻率測量器，頻率測量器安裝在觀察窗上，并與PC端相連，所述撲動 翼上固定有反光標志物，頻率測量器發(fā)射激光對準反光標志物；頻率測量器檢測從反光標 志物反射回的反射信號，并將反射信號傳給PC端，PC端根據反射信號，得到反射頻率，即為 微型撲翼飛行器的撲動頻率。
[0007] -種微型飛行器慣性力測試方法，該方法上述微型飛行器慣性力測試裝置上實 現，該方法包括W下步驟： (1) 打開前蓋，將微型撲翼飛行器、測力安裝板、測力傳感器、傳感器安裝板依次固定安 裝在支撐桿上端； (2) 關閉前蓋和進氣口，打開旋片式真空粟，將真空箱殼體抽成真空狀態(tài)，智能真空負 壓顯示控制器實時檢測并控制真空箱殼體內的真空度； (3) 打開電源，電源給測力傳感器和微型撲翼飛行器供電，微型撲翼飛行器撲動； (4) 測力傳感器將微型撲翼飛行器在撲動時產生的力和力矩轉換成應變電壓值輸出， 并通過數據采集器將應變電壓傳送給PC端，PC端將應變電壓值轉化為微型撲翼飛行器豎 直方向上受到的力的大??； (5) 頻率測量器發(fā)射激光，并檢測從反光標志物反射回的反射信號，并將反射信號傳給 PC端，PC端根據反射信號，得到反射頻率，即為微型撲翼飛行器的撲動頻率。
[0008] 微型撲翼飛行器相比于現有的固定翼飛機，能源利用效率高，基于仿生學設計，日 后可廣泛用于軍事偵察，機場驅鳥等不同場合；微型撲翼飛行器慣性力測試裝置相比于現 有技術，能夠定量測試撲翼撲動時產生的準確慣性力，該種測試方法相比于現有技術，將每 個系統進行模塊化設計，簡便了實驗開展的流程，提高實驗的成功率。
【附圖說明】
[0009] 圖1是微型撲翼飛行器的結構示意圖； 圖2是微型撲翼飛行器內部的結構示意圖； 圖3是齒輪組的結構示意圖； 圖4為微型飛行器慣性力測試裝置的結構示意圖； 圖5為數據采集和供電系統的流程示意圖； 圖中，真空箱殼體1、旋片式真空粟2、微型撲翼飛行器3、支撐桿4、測力安裝板5、測力 傳感器、傳感器安裝板6、抽氣口 7和進氣口 8、智能真空負壓顯示控制器9、螺栓10、接線法 蘭11、機身101、固定板102、第二級副齒輪103、第二級主齒輪104、第一級主齒輪105、第一 級副齒輪106、第一連接臂支座107、第二連接臂支座108、第H連接臂支座109、第四連接臂 支座110、翼身連接臂111、撲動翼112、限位行程槽113、球頭連桿114。
【具體實施方式】
[0010] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0011] 如圖1所示，一種微型撲翼飛行器，包括機身101、無刷無感直流電機、固定板102、 第二級副齒輪103、第二級主齒輪104、第一級主齒輪105、第一級副齒輪106、第一連接臂支 座107、第二連接臂支座108、第H連接臂支座109、第四連接臂支座110、翼