撲翼模型支撐機構的制作方法
【專利摘要】一種撲翼模型支撐機構，包括：底座，升降板，模型安裝板，線性滑軌滑塊組合，支桿安裝座，沉浮運動機構，俯仰運動機構以及整流罩，整流罩頂部敞開，底部封閉，后部開有可供風洞支桿伸入的空心管，內部包裹沉浮運動機構、俯仰運動機構以及支桿安裝座；支桿安裝座固定安裝在底座上，開孔處可插接風洞支桿；模型安裝板位于整流罩上方，其上表面能夠安裝六分量傳感器或撲翼模型，下表面有兩個鉸接接頭，分別為前鉸接接頭和后鉸接接頭，前鉸接接頭用于連接模型安裝板，后鉸接接頭用于連接升降板。本發明用以在風洞中支撐撲翼實驗，同時可以準確控制沉浮運動和俯仰運動的幅度和頻率。
【專利說明】撲翼模型支撐機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及撲翼模型支撐機構，尤其涉及一種撲翼模型的兩自由度支撐機構，該機構可用于撲翼飛行器風洞實驗。
【背景技術】
[0002]近年來，微型飛行器因為其具有體積小、重量輕、成本低的特點以及廣泛的應用前景成為了新的研宄熱點。而撲翼飛行器更是因為其在微型尺度的獨特優勢越來越受到關注。國內外多個高校及研宄機構針對撲翼飛行展開了多方面的理論和實驗研宄。其中，撲翼飛行器的風洞實驗研宄較為突出的有佛羅里達大學，密歇根大學，北京航空航天大學，他們的研宄集中在撲翼的流場特性和撲翼產生的力及力矩特性兩方面。
[0003]但目前有關撲翼的風洞實驗研宄大多模仿固定翼的風洞實驗，并未考慮到撲翼真實飛行狀態時具有的周期性俯仰和沉浮運動，如南京航空航天大學的實驗撲動機構直接插接在天平支架上，只能夠測試單純撲動狀態下撲翼的力及力矩特性(具體內容可以參考昂海松&曾銳&段文博&史志偉，柔性撲翼微型飛行器升力和推力機理的風洞實驗和飛行實驗，航空動力學報，2007，22 (11): 1838-1845)，并未能考慮俯仰和沉浮對于測力造成的影響，這使得對撲翼飛行器的分析和設計優化都存在偏差，設計出的撲翼飛行器并未能達到最優的性能。
[0004]綜上所述，現有撲翼風洞實驗的主要問題在于僅僅采用撲動機構測量純撲動撲翼產生的力和力矩，不能模擬實際飛行時的撲翼狀態，撲翼的分析和改進設計都存在很大偏差。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種撲翼模型支撐機構，它是利用具有沉浮和俯仰兩個自由度的支撐機構用以在風洞中支撐撲翼實驗的撲動機構，同時可以準確控制沉浮運動和俯仰運動的幅度和頻率，模擬真實撲翼飛行的狀態，以便風洞實驗獲得最接近真實飛行狀態撲翼產生的力和力矩數據，為后續的分析和設計改進提供更好參考。
[0006]本發明的技術方案是:
一種撲翼模型支撐機構，包括:底座，升降板，模型安裝板，線性滑軌滑塊組合，支桿安裝座，沉浮運動機構，俯仰運動機構以及整流罩，
其特殊之處在于:
所述整流罩頂部敞開，底部封閉，后部開有可供風洞支桿伸入的空心管，內部包裹沉浮運動機構、俯仰運動機構以及支桿安裝座；
所述支桿安裝座固定安裝在底座上，開孔處可插接風洞支桿；
所述模型安裝板位于整流罩上方，其上表面能夠安裝六分量傳感器或撲翼模型，下表面有兩個鉸接接頭，分別為前鉸接接頭和后鉸接接頭，前鉸接接頭用于連接模型安裝板，后鉸接接頭用于連接升降板。
[0007]上述線性滑軌滑塊組合包括第一線性滑軌、第一線性滑軌和第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊、第四滑塊；
所述第一線性滑軌、第二線性滑軌分別固連于底座的兩端，第一滑塊、第二滑塊安裝在第一線性滑軌上，第三滑塊、第四滑塊安裝在第二線性滑軌上，并且第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊、第四滑塊均與升降板固連。
[0008]上述沉浮運動機構包括沉浮驅動滑片、行星減速單元、電機、電機支撐架、舵機和舵機支撐架；
所述沉浮運動機構固連在底座上，沉浮驅動滑片固連在升降板上，行星減速單元的運動輸出為往復的曲柄直線運動，可驅動沉浮驅動滑片改變第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊、第四滑塊在第一線性滑軌和第二線性滑軌上的位置，使得升降板相對底座產生豎直方向的位移，實現與其相連的模型安裝板的沉浮運動。
[0009]上述沉浮運動機構的電機支撐架、電機與行星減速單元固連，且可繞電機輸出軸轉動，行星減速單元的行星齒輪的齒數與內齒圈的齒數比為1:2，驅動曲柄位于行星齒輪基圓上，電機工作時驅動曲柄在內齒圈上的一條直徑上做往復直線運動。
[0010]上述沉浮運動機構的沉浮幅度為O?±50cm。
[0011]上述俯仰運動機構包括俯仰驅動滑片、行星減速單元、電機、電機支撐架、舵機和舵機支撐架；
所述俯仰運動機構固連在升降板上，其運動輸出為往復的曲柄直線運動，可驅動俯仰驅動滑片產生豎直方向分位移，帶動聯動桿運動，從而使模型安裝板相對其后鉸鏈接頭產生轉動，實現模型安裝板的俯仰運動。
[0012]上述俯仰運動機構的電機支撐架、電機與行星減速單元固連，且可繞電機輸出軸轉動，行星減速單元的行星齒輪的齒數與內齒圈的齒數比為1:2，驅動曲柄位于行星齒輪基圓上，電機工作時驅動曲柄在內齒圈上的一條直徑上做往復直線運動。
[0013]上述的俯仰運動機構的俯仰角幅度為O?±15°。
[0014]上述整流罩形狀類似一對稱翼型，可減小機構進行吹風實驗時產生的支架干擾。
[0015]一種上述撲翼模型支撐機構的應用，其特殊之處在于:該機構用于支撐撲翼飛行器進行風洞實驗。
[0016]上述沉浮運動機構中的舵機可以調節與其相連電機支撐架的角度，改變與其固定的電機的角度，從而實時改變沉浮運動驅動曲柄的運動軌跡直徑的位置，沉浮運動滑片的豎直方向分位移的幅度也隨之改變，繼而帶動升降板產生的沉浮運動的幅度，使沉浮運動機構具有不同的沉浮幅度(變化范圍為O?±50cm)。
[0017]上述俯仰運動機構中的舵機可以調節與其相連的電機支撐架的角度，改變與其固定的電機的角度，從而實時改變俯仰運動驅動曲柄的運動軌跡直徑的位置，俯仰運動滑片的豎直方向分位移的幅度也隨之改變，繼而帶動模型安裝板產生的俯仰運動的角幅度，使俯仰運動機構具有不同的俯仰角幅度(變化范圍為O?±15° )。
[0018]本發明的優點在于:
本發明基于行星減速器的行星齒輪齒數為內齒圈齒輪齒數的1/2時可使位于行星齒輪基圓上的驅動曲柄做往復直線運動，其直線軌跡為行星減速器內齒圈的某條直徑，而通過電機與舵機的特殊連接調節該直徑軌跡的位置又可使驅動曲柄在豎直方向具有不同的分位移幅度的原理設計了沉浮運動機構和俯仰運動機構。
[0019]又將沉浮運動機構和俯仰運動機構分別安裝在固定的底座上和可在固定于底座的線性滑軌滑動的升降板上，再將沉浮運動滑片固定在升降板上，模型安裝板鉸接在升降板和俯仰運動滑片上，巧妙地組裝方式使得支撐撲翼模型的機構集成了沉浮和俯仰兩個自由度，且沉浮運動機構和俯仰運動機構可通過調節電機、轉速和舵機位置準確控制沉浮運動的振幅(O?±50cm)、頻率，俯仰運動的角幅度(O?±15° )、頻率參數，模擬實現撲翼飛行器真實的飛行狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]附圖1為本發明軸側視圖；
附圖2為整流罩安裝軸側視圖；
附圖3為線性滑軌滑塊組合安裝軸側視圖；
附圖4為模型安裝板軸側視圖；
附圖5為實施例沉浮運動機構軸側視圖；
附圖6為實施例俯仰機構軸側視圖；
附圖7為實施例沉浮運動機構行星減速單元零件爆炸圖；
附圖8為實施例俯仰運動機構行星減速單元零件爆炸圖；
附圖9為實施例沉浮運動機構驅動曲柄的運動軌跡示意圖；
附圖10為實施例俯仰運動機構驅動曲柄的運動軌跡示意圖。
[0021]附圖標號說明:
1-底座，2-升降板，3-模型安裝板，3A-前鉸接接頭，3B-后鉸接接頭，3C-聯動桿，4-聯動導桿，5-支桿安裝座，
6-沉浮運動機構，6A-沉浮驅動滑片，6B-行星減速器，6C-電機，6D-電機支撐架，6E-舵機，6F-舵機支撐架，6B1-行星齒輪，6B2-行星架，6B3-內齒圈，6B4-驅動曲柄，
7-俯仰運動機構，7A-沉浮驅動滑片，7B-行星減速器，7C-電機，7D-電機支撐架，7E-舵機，7F-舵機支撐架，7B1-行星齒輪，7B2-行星架，7B3-內齒圈，7B4-驅動曲柄，
8-整流罩，9-風洞支桿。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述，但以下內容不用于限定本發明的保護范圍。
實施例
[0023]如圖1?10所示，本實施例提供了一種撲翼模型支撐機構，包括:底座1，升降板2，模型安裝板3，線性滑軌滑塊組合4，支桿安裝座5，沉浮運動機構6，俯仰運動機構7以及整流罩8，線性滑軌滑塊組合4包括第一線性滑軌4A、第二線性滑軌4B和第一滑塊4C、第二滑塊4D、第三滑塊4E、第四滑塊4F，沉浮運動機構6包括沉浮驅動滑片6A、行星減速單元6B、電機6C、電機支撐架6D、舵機6E和舵機支撐架6F，俯仰運動機構7包括俯仰驅動滑片7A、行星減速單元7B、電機7C、電機支撐架7D、舵機7E和舵機支撐架7F ； 整流罩8頂部敞開，底部封閉，后部開有可供風洞支桿9伸入的空心管，內部包裹沉浮運動機構6、俯仰運動機構7以及支桿安裝座5 ；
支桿安裝座5固定安裝在底座I上，開孔處可插接風洞支桿9 ;
第一線性滑軌4A、第一線性滑軌4B分別固連于底座I的兩端，第一滑塊4C、第二滑塊4D安裝在第一線性滑軌4A上，第三滑塊4E、第四滑塊4F安裝在第二線性滑軌4B上，并且第一滑塊4C、第二滑塊4D、第三滑塊4E、第四滑塊4F與升降板2固連；
模型安裝板3位于整流罩8上方，其上表面能夠安裝六分量傳感器或撲翼模型，下表面有兩個鉸接接頭，前鉸接接頭3A用以連接聯動桿3C，聯動桿3C與俯仰運動滑片7A鉸接，后鉸接接頭3B用以連接升降板2 ；
沉浮運動機構6固連在底座I上，沉浮驅動滑片6A固連在升降板2上，行星減速單元6B的運動輸出為往復的曲柄直線運動，可驅動沉浮驅動滑片6A改變第一滑塊4C、第二滑塊4D、第三滑塊4E、第四滑塊4F在第一線性滑軌4A、第二線性滑軌4B上的位置，使得升降板2相對底座I產生豎直方向的位移，實現與其相連的模型安裝板3的沉浮運動；
俯仰運動機構7固連在升降板2上，其運動輸出為往復的曲柄直線運動，可驅動俯仰驅動滑片7A產生豎直方向分位移，帶動聯動桿3C運動，從而使模型安裝板3相對其后鉸鏈接頭3B產生轉動，實現模型安裝板3的俯仰運動。
[0024]沉浮運動機構6的電機支撐架6D、電機6C與行星減速單元6B固連，且可繞電機輸出軸轉動，行星減速單元6B的行星齒輪6B1的齒數為15，內齒圈6B3的齒數為30，齒數比為1:2，驅動曲柄6B4位于行星齒輪6B1基圓上，電機6C工作時驅動曲柄6B4在內齒圈6B3上的一條直徑上做往復直線運動。
[0025]沉浮運動機構6中的舵機6E可以調節與其相連電機支撐架6D的角度，改變與其固定的電機6C的角度，從而實時改變沉浮運動驅動曲柄6B1的運動軌跡直徑的位置，沉浮運動滑片6A的豎直方向分位移的幅度H1也隨之改變，參見圖9，繼而帶動升降板2產生的沉浮運動的幅度，使沉浮運動機構6具有不同的沉浮幅度(變化范圍為O?±50cm)。
[0026]俯仰運動機構7的電機支撐架7D、電機7C與行星減速單元7B固連，行星減速單元7B的行星齒輪7B1的齒數為8，內齒圈7B3的齒數為16，齒數比為1:2，驅動曲柄7B4位于行星齒輪7B1基圓上，電機7C工作時驅動曲柄7B4在內齒圈7B3上的一條直徑上做往復直線運動。
[0027]俯仰運動機構7中的舵機7E可以調節與其相連的電機支撐架7D的角度，改變與其固定的電機7C的角度，從而實時改變俯仰運動驅動曲柄7B1的運動軌跡直徑的位置，俯仰運動滑片7A的豎直方向分位移的幅度H2也隨之改變，參見圖10，繼而帶動模型安裝板3產生的俯仰運動的角幅度，使俯仰運動機構7具有不同的俯仰角幅度(變化范圍為O?±15° )。
[0028]整流罩8形狀類似一對稱翼型，可減小機構進行吹風實驗時產生的支架干擾。
[0029]撲翼模型支撐機構基于行星減速器的行星齒輪齒數為內齒圈齒輪齒數的1/2時可使位于行星齒輪基圓上的驅動曲柄做往復直線運動，其直線軌跡為行星減速器內齒圈的某條直徑，而通過電機與舵機的特殊連接調節該直徑軌跡的位置又可使驅動曲柄在豎直方向具有不同的分位移幅度的原理設計了沉浮運動機構6和俯仰運動機構7。
[0030]又將沉浮運動機構6和俯仰運動機構7分別安裝在固定的底座I上和可在固定于底座I的第一線性滑軌4A、第二線性滑軌4B滑動的升降板2上，再將沉浮運動滑片6A固定在升降板2上，模型安裝板3鉸接在升降板2和俯仰運動滑片7A上，巧妙地組裝方式使得支撐撲翼模型的機構集成了沉浮和俯仰兩個自由度，且沉浮運動機構6和俯仰運動機構7可通過調節電機6C、7C轉速和舵機6E、7E位置準確控制沉浮運動的振幅(O?土 50cm)、頻率，俯仰運動的角幅度(O?±15° )、頻率參數。
[0031]盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種撲翼模型支撐機構，包括:底座(1)，升降板(2)，模型安裝板(3)，線性滑軌滑塊組合(4)，支桿安裝座(5)，沉浮運動機構(6)，俯仰運動機構(7)以及整流罩(8)， 其特征在于: 所述整流罩(8)頂部敞開，底部封閉，后部開有可供風洞支桿(9)伸入的空心管，內部包裹沉浮運動機構(6)、俯仰運動機構(7)以及支桿安裝座(5); 所述支桿安裝座(5 )固定安裝在底座(1)上，開孔處可插接風洞支桿(9 ); 所述模型安裝板(3)位于整流罩(8)上方，其上表面能夠安裝六分量傳感器或撲翼模型，下表面有兩個鉸接接頭，分別為前鉸接接頭(3A)和后鉸接接頭(3B)，前鉸接接頭(3A)用于連接模型安裝板(3)，后鉸接接頭(3B)用于連接升降板(2)。
2.根據權利要求1所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述線性滑軌滑塊組合(4)包括第一線性滑軌(4A)、第二線性滑軌(4B )和第一滑塊(4C)、第二滑塊(4D )、第三滑塊(4E )、第四滑塊(4F)； 所述第一線性滑軌(4A)、第二線性滑軌(4B)分別固連于底座(1)的兩端，第一滑塊(4C)、第二滑塊(4D)安裝在第一線性滑軌(4A)上，第三滑塊(4E)、第四滑塊(4F)安裝在第二線性滑軌(4B)上，并且第一滑塊(4C)、第二滑塊(4D)、第三滑塊(4E)、第四滑塊(4F)均與升降板(2)固連。
3.根據權利要求1所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述沉浮運動機構(6)包括沉浮驅動滑片(6A)、行星減速單元(6B)、電機(6C)、電機支撐架(6D)、舵機(6E)和舵機支撐架(6F)； 所述沉浮運動機構(6 )固連在底座(1)上，沉浮驅動滑片(6A)固連在升降板(2 )上，行星減速單元(6B)的運動輸出為往復的曲柄直線運動，可驅動沉浮驅動滑片(6A)改變第一滑塊(4C)、第二滑塊(4D)、第三滑塊(4E)、第四滑塊(4F)在第一線性滑軌(4A)和第二線性滑軌(4B)上的位置，使得升降板(2)相對底座(1)產生豎直方向的位移，實現與其相連的模型安裝板(3)的沉浮運動。
4.根據權利要求3所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述沉浮運動機構(6)的電機支撐架(6D)、電機(6C)與行星減速單元(6B)固連，且可繞電機(6C)輸出軸轉動，行星減速單元(6B)的行星齒輪(6B1)的齒數與內齒圈(6B3)的齒數比為1:2，驅動曲柄(6B4)位于行星齒輪(6B1)基圓上，電機(6C )工作時驅動曲柄(6B4 )在內齒圈(6B3 )上的一條直徑上做往復直線運動。
5.根據權利要求4所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述沉浮運動機構(6)的沉浮幅度為0?±50cm。
6.根據權利要求1所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述俯仰運動機構(7)包括俯仰驅動滑片(7A)、行星減速單元(7B)、電機(7C)、電機支撐架(7D)、舵機(7E)和舵機支撐架(7F)； 所述俯仰運動機構(7 )固連在升降板(2 )上，其運動輸出為往復的曲柄直線運動，可驅動俯仰驅動滑片(7A)產生豎直方向分位移，帶動聯動桿(3C)運動，從而使模型安裝板(3)相對其后鉸鏈接頭(3B)產生轉動，實現模型安裝板(3)的俯仰運動。
7.根據權利要求6所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述俯仰運動機構(7)的電機支撐架(7D)、電機(7C)與行星減速單元(7B)固連，且可繞電機(7C)輸出軸轉動，行星減速單元(7B)的行星齒輪(7B1)的齒數與內齒圈(7B3)的齒數比為1:2，驅動曲柄(7B4)位于行星齒輪(7B1)基圓上，電機(7C )工作時驅動曲柄(7B4 )在內齒圈(7B3 )上的一條直徑上做往復直線運動。
8.根據權利要求7所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述的俯仰運動機構(7)的俯仰角幅度為0?±15°。
9.根據權利要求1?8任一所述撲翼模型支撐機構，其特征在于:所述整流罩(8)形狀類似一對稱翼型。
10.一種權利要求1所述撲翼模型支撐機構的應用，其特征在于:該機構用于支撐撲翼飛行器進行風洞實驗。
【文檔編號】G01M9/08GK104483095SQ201410717295
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】李洋, 王利光, 楊文青, 付鵬, 宋筆鋒, 唐偉, 李博揚, 鐘京洋, 薛棟, 郭漢青, 王進 申請人:西北工業大學