一種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，包括觀察箱、微型撲翼飛行器、氣動力測試裝置、三維粒子圖像測試裝置以及上位機，其中，微型撲翼飛行器固定于觀察箱內，氣動力測試裝置一端分別連接觀察箱與微型撲翼飛行器，另一端連接上位機，三維粒子圖像測速裝置一端分別連接觀察箱與微型撲翼飛行器，另一端連接上位機。與現有技術相比，本實用新型具有設備完善、專用性能高以及簡單便捷等優點。
【專利說明】
一種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺
技術領域
[0001]本實用新型涉及航空航天領域，尤其是涉及一種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺。
【背景技術】
[0002]鳥類和昆蟲的翅翼有著很強的機動靈活性，可以隨時起飛和進行垂直方向的飛行，還可以進行快速的飛行轉彎，并且能夠持續懸停，這些飛行生物超強的飛行能力逐漸引起人類的極大地關注。微型撲翼飛行器是仿生飛行器的一種，是基于仿生學的一種新概念飛行器，主要是通過模擬飛行生物拍打翅膀的動作，從而產生升力和推力維持飛行。和傳統的固定翼和旋翼微型飛行器相比，微型撲翼飛行器只需要依靠周期性的撲翼動作就可以產生維持飛行的升力，具有更好的機動性和靈活性。微型飛行器由于尺寸較小，所處的空氣雷諾數較低，在較低的空氣雷諾數下，微型撲翼飛行器相比較于微型固定翼和旋翼飛行器來說，具有更好的飛行性能，更適應較低空氣雷諾數下的飛行。
[0003]在微型撲翼飛行器的實驗研究方面，主要包括氣動力測試和流場觀測兩方面。目前現有的實驗設備主要用于常規飛行器的實驗研究，用于微型撲翼飛行器的實驗設備較少且不完善，可供參考的撲翼飛行器的相關實驗數據也比較少，限制了撲翼飛行器的進一步研究和發展。并且現有的用于微型撲翼飛行器的實驗設備大部分只能對微型撲翼飛行器的氣動力特性和撲翼流場特性二者之中的一個進行觀測，不能對其同時進行觀測。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是針對上述問題提供一種專用性能高、簡單便捷的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺。
[0005]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]—種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，其特征在于，該平臺包括觀察箱、微型撲翼飛行器、氣動力測試裝置、三維粒子圖像測試裝置以及上位機，所述微型撲翼飛行器固定于觀察箱內，所述氣動力測試裝置一端分別連接觀察箱與微型撲翼飛行器，另一端連接上位機，所述三維粒子圖像測速裝置一端分別連接觀察箱與微型撲翼飛行器，另一端連接上位機。
[0007]所述氣動力測試裝置包括立柱、傳感器、漫反射開關與數據采集器，所述立柱固定于觀察箱底部，所述傳感器設置于微型撲翼飛行器上，所述漫反射開關固定于觀察箱內部，所述數據采集器一端分別連接傳感器與漫反射開關，另一端連接上位機。
[0008]所述傳感器包括六維力傳感器和角度傳感器，所述六維力傳感器固定在立柱上，并與微型撲翼飛行器固接，所述角度傳感器固定于微型撲翼飛行器的翅根骨架處。
[0009]所述三維粒子圖像測速裝置包括示蹤粒子、光源與高速攝像機，所述示蹤粒子撒于觀察箱內部，所述光源安裝在觀察箱內部，所述高速攝像機位于觀察箱外部并與上位機相連。
[0010] 所述光源為激光光源。
[0011 ]所述高速攝像機的數量為2臺。
[0012]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0013](I)整個裝置專門用于對微型撲翼飛行器進行觀測，專門采集撲翼飛行器相關的實驗數據，專用性能高；
[0014](2)裝置包含氣動力測試裝置和三維粒子圖像測速裝置，二者可以同時進行測試，實現了對微型撲翼飛行器的氣動力特性和撲翼流場特性的同時測試，簡單便捷，實用性強；
[0015](3)上位機上顯示的數據包括撲翼飛行器撲動過程中的升阻力、撲動頻率參數以及流場特性分析圖等，數據全面；
[0016](4)整個裝置包含了微型撲翼飛行器、六維力傳感器、角度傳感器、漫反射開關、數據采集器、示蹤粒子、激光光源、高速攝像機以及上位機，設備完善，實用性能高。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的原理圖；
[0018]圖2為本實用新型的結構不意圖；
[0019]圖3為微型撲翼飛行器的結構示意圖；
[0020]其中，I為底座，2為漫反射開關，3為觀察箱，4為立柱，5為微型撲翼飛行器，6為激光光源，7為高速攝像機，8為數據采集器，9為上位機，10為六維力傳感器，11為微型撲翼飛行器機身，12為微型撲翼飛行器機翼，13為角度傳感器。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0022]如圖1?圖3所示，本實用新型提供一種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，主要包括:撲翼飛行器5、氣動力測試裝置、三維粒子圖像測速裝置。氣動力測試裝置主要包括六維力傳感器10、角度傳感器13、漫反射開關2、數據采集器8、上位機9。三維粒子圖像測速裝置主要包括:示蹤粒子、激光光源6、高速攝像機7、上位機9。本文提出的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺適用于大多數微型撲翼飛行器。
[0023]氣動力測試裝置主要是通過六維力傳感器10測出飛行器撲動過程中x、y、z三個方向的力和扭矩，通過固定在飛行器翅根骨架處的角度傳感器13測出飛行器撲動過程中翅翼的扭轉角度，通過漫反射開關2測出飛行器撲動過程中翅翼的撲動頻率。傳感器將飛行器撲動過程中的力和力矩以及角度轉換成模擬信號輸出給數據采集器，漫反射開關2將飛行器撲動過程中翅翼的撲動頻率轉換成模擬信號輸出給數據采集器8，通過數據采集器8可以將傳感器和漫反射開關5的模擬信號轉換為計算機可識別的數字信號。數據采集器8與上位機9相連，數據采集器8將接收到的模擬信號轉換成數字信號之后傳送給上位機9，上位機9接收數字信號轉化為微型飛行器撲動過程中的升阻力參數。
[0024]三維粒子圖像測速裝置是通過在觀察箱3流場中撤入示蹤粒子，以粒子速度代表其所在流場內相應位置處流體的運動速度.應用激光強光照射觀察箱3，用2臺高速攝像機7從不同方位記錄被照明流場的一個切面，記錄下2次或多次曝光的粒子位置，在上位機9上利用圖像分析技術得到各點粒子的位移，由此位移和曝光的時間間隔便可得到流場中各點的流速矢量，并計算出其他運動參量，包括流場速度矢量圖、速度分量圖、流線圖、漩度圖等。高速攝像機7從不同方位記錄被照明流場的一個切面，根據兩相機空間位置投影關系和視差，把兩相機的2個二維坐標映射為空間一點的三維坐標，把兩相機的兩個二維位移場映射為空間一點的三維位移場，完成粒子空間位移場和速度場的重建。
[0025]觀察箱3放置在底座I上，六維力傳感器10固定在觀察箱中的立柱4上，微型撲翼飛行器5固定在六維力傳感器上(用來測出飛行器撲動過程中的升阻力參數)，微型撲翼飛行器的翅翼根部的骨架上安裝有角度傳感器13(用來測出飛行器撲動過程中的翅翼的撲動頻率)，觀察箱的后端安裝有漫反射開關2(用來測飛行器的翅翼撲動頻率)，觀察箱的前端安裝有激光光源6，用來向觀察箱流場提供光源，兩臺高速攝像機7用來拍攝觀察箱中失蹤粒子的位置，數據采集器8用來接收傳感器等傳送的模擬信號，上位機9用來接收數據采集器傳送的數字信號和攝像機傳送的圖像信息，用在上位機上顯示出撲翼飛行器的撲動過程中的升阻力以及撲動頻率等參數和流場特性分析圖包括有流場速度矢量圖、速度分量圖、流線圖、漩度圖。
[0026]使用本裝置具體進行微型撲翼飛行器氣動力測試與撲翼流場觀測的流程如下:
[0027]S1:將觀察箱3放置在底座I上，打開觀察箱3的上蓋，將立柱4、微型撲翼飛行器5、六維力傳感器10，角度傳感器13、漫反射開關2、激光光源6依次固定安裝好。
[0028]S2:向觀察箱3中撒入示蹤粒子，關閉觀察箱3。
[0029]S3:打開電源，電源給微型撲翼飛行器5、六維力傳感器10、角度傳感器13供電。打開漫反射開關2和激光光源6，同時打開兩臺高速攝像機7，高速攝像機7從不同方位記錄被照明流場的一個切面，根據兩相機空間位置投影關系和視差，把兩相機的2個二維坐標映射為空間一點的三維坐標，把兩相機的兩個二維位移場映射為空間一點的三維位移場，。[°03°] S4:六維力傳感器10將微型撲翼飛行器5在撲動過程中的力和力矩轉換成模擬信號輸出，角度傳感器13將微型撲翼飛行器5在撲動過程中主體姿態的三個歐拉角換成模擬信號輸出，漫反射開關2將微型撲翼飛行器5在撲動過程中翅翼的撲動頻率換成模擬信號輸出。數據采集器8接收模擬信號，并將模擬信號轉換成數字信號輸出給上位機9，在上位機9上可以得到微型撲翼飛行器5撲動過程中的升阻力參數、撲動頻率、以及記錄主體姿態的三個歐拉角，從而可以得出微型飛行器5的空氣動力特性曲線，進行微型飛行器氣動特性的分析。
[0031 ] S5:通過在觀察箱3中撒入示蹤粒子，采用激光光源6照射觀察箱3，在微型飛行器5撲動過程中，兩臺高速攝像機7可以拍下觀察箱3中示蹤粒子的位置狀態，在上位機9上利用圖像分析技術得到各點粒子的位移，由此位移和曝光的時間間隔便可得到流場中各點的流速矢量，并計算出其他運動參量，包括流場速度矢量圖、速度分量圖、流線圖、漩度圖等。
[0032]S6:關閉電源，完成單次實驗。
【主權項】
1.一種可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，用于對微型撲翼飛行器進行觀測，其特征在于，該平臺包括觀察箱、氣動力測試裝置、三維粒子圖像測試裝置以及上位機，所述微型撲翼飛行器固定于觀察箱內，所述氣動力測試裝置一端分別連接觀察箱與微型撲翼飛行器，另一端連接上位機，所述三維粒子圖像測速裝置一端分別連接觀察箱與微型撲翼飛行器，另一端連接上位機。2.根據權利要求1所述的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，其特征在于，所述氣動力測試裝置包括立柱、傳感器、漫反射開關與數據采集器，所述立柱固定于觀察箱底部，所述傳感器設置于微型撲翼飛行器上，所述漫反射開關固定于觀察箱內部，所述數據采集器一端分別連接傳感器與漫反射開關，另一端連接上位機。3.根據權利要求2所述的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，其特征在于，所述傳感器包括六維力傳感器和角度傳感器，所述六維力傳感器固定在立柱上，并與微型撲翼飛行器固接，所述角度傳感器固定于微型撲翼飛行器的翅根骨架處。4.根據權利要求1所述的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，其特征在于，所述三維粒子圖像測速裝置包括示蹤粒子、光源與高速攝像機，所述示蹤粒子撒于觀察箱內部，所述光源安裝在觀察箱內部，所述高速攝像機位于觀察箱外部并與上位機相連。5.根據權利要求4所述的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，其特征在于，所述光源為激光光源。6.根據權利要求4所述的可實現微型撲翼機撲翼流場顯示和氣動力測試的平臺，其特征在于，所述高速攝像機的數量為2臺。
【文檔編號】G01M9/00GK205719468SQ201620423085
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】田培培, 金曉怡, 邢亞飛
【申請人】上海工程技術大學