CN104482967A - 一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置 - Google Patents

Abstract

一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，包括静止轨道单元、飞行参数采集单元及扑翼机构单元三部分，本发明结构简单且自动化程度高，巧妙的解决了微小型扑翼飞行器在飞行过程中动态测试的难题，飞行参数采集单元及扑翼机构单元通过滑台在静止轨道单元导轨上的移动，并通过驱动电机控制滑台的移动速度，实现模拟扑翼机构在不同风速的飞行状态，能够通过激光二维扫描传感器及六轴力传感器精确测量扑翼飞行器的各项飞行参数，为扑翼飞行器的研究提供可靠的飞行参数测试试验数据。本发明可灵活确定导轨铺设长度，还可以通过更换不同翼型、不同材料的机翼，以及通过调整扑翼机构单元的机翼俯仰角，测试扑翼机构在不同俯仰角下的各项飞行参数。

Description

一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置

技术领域

本发明属于飞行参数测试技术领域，特别是涉及一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置。

背景技术

目前，微小型飞行器大致分为三种，包括旋翼飞行器、固定翼飞行器及扑翼飞行器，对于旋翼飞行器和固定翼飞行器而言，由于其相关技术的发展已经比较完善，用于测试飞行器飞行参数的手段也比较完善，相关试验设备也比较完备。但是，对于扑翼飞行器的研究是最近几年才高速发展的，且能够用于扑翼飞行器飞行参数测试的设备，还不是十分完善，现阶段可供参考的相关飞行参数测试试验数据也非常少，无法满足扑翼飞行器的研究需要，这也直接影响了扑翼飞行器的发展，因此，亟需一种能够对微小型扑翼飞行器进行飞行参数测试的设备，以满足扑翼飞行器的研究需要，为扑翼飞行器的技术发展提供助力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、自动化程度高、能够精确获取飞行参数数据的微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，包括静止轨道单元、飞行参数采集单元及扑翼机构单元，所述飞行参数采集单元、扑翼机构单元通过滑台设置在静止轨道单元上。

所述静止轨道单元包括轨道支撑台、滑台导轨、齿条及碳刷滑线导轨，所述滑台导轨、齿条及碳刷滑线导轨平行设置在轨道支撑台上，在碳刷滑线导轨两端安装有集电器；在所述滑台下部安装有滑台滑块，滑台通过滑台滑块与滑台导轨滑动配合。

所述飞行参数采集单元包括供电模块、控制驱动模块、机翼二维变形量测量模块及六轴力测量模块；所述供电模块包括碳刷，所述碳刷固定于滑台上，且碳刷与碳刷滑线导轨接触配合；所述控制驱动模块包括控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一驱动电机、第二驱动电机及驱动齿轮，所述控制器的信号输出端与第一驱动器、第二驱动器的信号输入端相连，所述第一驱动器的信号输出端与第一驱动电机的控制端相连，所述第二驱动器的信号输出端与第二驱动电机的控制端相连；所述第一驱动电机竖直安装在滑台上且驱动轴朝下，第一驱动电机通过驱动轴与驱动齿轮相连，驱动齿轮与齿条相啮合；所述机翼二维变形量测量模块包括激光二维扫描传感器、传感器支架、支架滑块及支架导轨，所述激光二维扫描传感器安装在传感器支架上，传感器支架与支架滑块相固连，支架滑块设置在支架导轨上，支架导轨固定在滑台上；所述激光二维扫描传感器的信号输出端与计算机相连；所述六轴力测量模块包括六轴力传感器、三通道放大器、USB数据采集卡、扑翼机构安装底座及可调支座，所述扑翼机构安装底座安装在滑台上，可调支座位于扑翼机构安装底座顶端，六轴力传感器安装于可调支座与扑翼机构安装底座之间，六轴力传感器的信号输出端与三通道放大器的信号输入端相连，三通道放大器的信号输出端与USB数据采集卡的信号输入端相连，USB数据采集卡的信号输出端与计算机相连；所述扑翼机构单元通过可调支座安装于滑台上。

在所述滑台上还设置有丝杠，丝杠与支架导轨相平行，在丝杠上套装有丝母，丝母与传感器支架相固连，所述丝杠一端通过联轴器与第二驱动电机驱动轴相连接。

所述控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一驱动电机及第二驱动电机均通过电刷供电。

所述控制器的供电电压为24V、电刷供电电压为36V时，在控制器与电刷之间连接有电压转换器。

所述扑翼机构单元包括机架、第三驱动电机、主动齿轮、惰轮、曲柄齿轮、连杆、摆杆及机翼，所述第三驱动电机固定安装在机架内，第三驱动电机通过联轴器连接有主动轴，主动齿轮固定套装在主动轴上，惰轮安装在机架上，主动齿轮与惰轮相啮合，曲柄齿轮安装在机架上，惰轮与曲柄齿轮相啮合；所述连杆一端偏心铰接于曲柄齿轮上，连杆另一端与摆杆一端相铰接，摆杆另一端与机翼根部相连接，在摆杆的摆动中心安装有摆轴，摆轴与机架相固连。

所述曲柄齿轮、连杆、摆杆及机翼为两套且对称设置，且对称的两个曲柄齿轮相啮合。

本发明的有益效果：

本发明巧妙的解决了微小型扑翼飞行器在飞行过程中动态测试的难题，通过滑台在滑台导轨上的移动，模拟出扑翼飞行器的飞行状态，通过激光二维扫描传感器及六轴力传感器精确测量扑翼飞行器的各项飞行参数，为扑翼飞行器的研究提供可靠的飞行参数测试试验数据，以满足扑翼飞行器的研究需要。本发明还具有结构简单、自动化程度高的优点。

附图说明

图1为本发明的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置结构示意图；

图2为飞行参数采集单元的俯视立体图；

图3为飞行参数采集单元的仰视立体图；

图4为机翼二维变形量测量模块结构示意图；

图5为扑翼机构单元结构示意图；

图中，1—轨道支撑台，2—滑台导轨，3—齿条，4—碳刷滑线导轨，5—集电器，6—滑台，7—碳刷，8—控制器，9—第一驱动器，10—第二驱动器，11—第一驱动电机，12—第二驱动电机，13—驱动齿轮，14—激光二维扫描传感器，15—传感器支架，16—支架滑块，17—支架导轨，18—滑台滑块，19—丝杠，20—丝母，21—六轴力传感器，22—三通道放大器，23—USB数据采集卡，24—扑翼机构安装底座，25—可调支座，26—机架，27—第三驱动电机，28—主动齿轮，29—惰轮，30—曲柄齿轮，31—连杆，32—摆杆，33—机翼，34—电压转换器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，包括静止轨道单元、飞行参数采集单元及扑翼机构单元，所述飞行参数采集单元、扑翼机构单元通过滑台6设置在静止轨道单元上。

所述静止轨道单元包括轨道支撑台1、滑台导轨2、齿条3及碳刷滑线导轨4，所述滑台导轨2、齿条3及碳刷滑线导轨4平行设置在轨道支撑台1上，在碳刷滑线导轨4两端安装有集电器5；在所述滑台6下部安装有滑台滑块18，滑台6通过滑台滑块18与滑台导轨2滑动配合。

如图2、3、4所示，所述飞行参数采集单元包括供电模块、控制驱动模块、机翼二维变形量测量模块及六轴力测量模块；所述供电模块包括碳刷7，所述碳刷7固定于滑台6上，且碳刷7与碳刷滑线导轨4接触配合；所述控制驱动模块包括控制器8、第一驱动器9、第二驱动器10、第一驱动电机11、第二驱动电机12及驱动齿轮13，所述控制器8的信号输出端与第一驱动器9、第二驱动器10的信号输入端相连，所述第一驱动器9的信号输出端与第一驱动电机11的控制端相连，所述第二驱动器10的信号输出端与第二驱动电机12的控制端相连；所述第一驱动电机11竖直安装在滑台6上且驱动轴朝下，第一驱动电机11通过驱动轴与驱动齿轮13相连，驱动齿轮13与齿条3相啮合；所述机翼二维变形量测量模块包括激光二维扫描传感器14、传感器支架15、支架滑块16及支架导轨17，所述激光二维扫描传感器14安装在传感器支架15上，传感器支架15与支架滑块16相固连，支架滑块16设置在支架导轨17上，支架导轨17固定在滑台6上；所述激光二维扫描传感器14的信号输出端与计算机相连；所述六轴力测量模块包括六轴力传感器21、三通道放大器22、USB数据采集卡23、扑翼机构安装底座24及可调支座25，所述扑翼机构安装底座24安装在滑台6上，可调支座25位于扑翼机构安装底座24顶端，六轴力传感器21安装于可调支座25与扑翼机构安装底座24之间，六轴力传感器21的信号输出端与三通道放大器22的信号输入端相连，三通道放大器22的信号输出端与USB数据采集卡23的信号输入端相连，USB数据采集卡23的信号输出端与计算机相连；所述扑翼机构单元通过可调支座25安装于滑台6上。

在所述滑台6上还设置有丝杠19，丝杠19与支架导轨17相平行，在丝杠19上套装有丝母20，丝母20与传感器支架15相固连，所述丝杠19一端通过联轴器与第二驱动电机12驱动轴相连接。

所述控制器8、第一驱动器9、第二驱动器10、第一驱动电机11及第二驱动电机12均通过电刷7供电。

所述控制器8的供电电压为24V、电刷7供电电压为36V时，在控制器8与电刷7之间连接有电压转换器34。

如图5所示，所述扑翼机构单元包括机架26、第三驱动电机27、主动齿轮28、惰轮29、曲柄齿轮30、连杆31、摆杆32及机翼33，所述第三驱动电机27固定安装在机架26内，第三驱动电机27通过联轴器连接有主动轴，主动齿轮28固定套装在主动轴上，惰轮29安装在机架26上，主动齿轮28与惰轮29相啮合，曲柄齿轮30安装在机架26上，惰轮29与曲柄齿轮30相啮合；所述连杆31一端偏心铰接于曲柄齿轮30上，连杆31另一端与摆杆32一端相铰接，摆杆32另一端与机翼33根部相连接，在摆杆32的摆动中心安装有摆轴，摆轴与机架26相固连。

所述曲柄齿轮30、连杆31、摆杆32及机翼33为两套且对称设置，且对称的两个曲柄齿轮30相啮合。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，滑台导轨2的铺设长度为6m，相应的齿条3和碳刷滑线导轨4略大于滑台导轨2长度即可。其中，控制器8的型号为DMC130A，第一驱动电机11、第二驱动电机12均采用伺服电机，且伺服电机的型号为BLM57090-1000，激光二维扫描传感器14的型号为ZLDS200/HS-300-240-ET-CC-2，第三驱动电机27选用直流永磁无刷电机，并由电池供电。

首先，启动扑翼机构单元的第三驱动电机27，通过主动齿轮28、惰轮29、曲柄齿轮30、连杆31及摆杆32的逐级传动，使机翼33以5赫兹或10赫兹的频率上下扑动。

然后，对碳刷滑线导轨4通电，通电电压为36V，通电后，启动控制器8，并将控制指令传输给第二驱动器10，再经第二驱动器10将驱动信号传输给第二驱动电机12，此时第二驱动电机12开始转动，带动丝杠19转动，进而带动丝母20沿支架导轨17移动，并使传感器支架15及激光二维扫描传感器14沿支架导轨17移动，机翼33每扑动两个周期，激光二维扫描传感器14沿支架导轨17移动2mm，在此过程中，激光二维扫描传感器14会将采集的机翼实时二维变量数据传输到计算机中。

最后，通过控制器8将控制指令传输给第一驱动器9，再经第一驱动器9将驱动信号传输给第一驱动电机11，此时第一驱动电机11开始转动，带动驱动齿轮13转动，进而通过驱动齿轮13与齿条3的啮合运动，带动滑台6沿滑台导轨2移动，从而使飞行参数采集单元和扑翼机构单元沿滑台导轨2匀速运动，在此过程中，六轴力传感器21将扑翼机构单元在运动过程中沿X、Y、Z轴方向所受力、力矩的数值，通过三通道放大器22、USB数据采集卡23传输到计算机中。

当滑台6运行到滑台导轨2终点后停止，飞行参数采集完毕，然后通过计算机分析研究所获取的各项数据，并为扑翼飞行器的研究提供可靠的试验数据。

本发明还可以通过更换不同翼型、不同材料的机翼33，以及通过可调支座25调整扑翼机构单元的机翼33俯仰角，用以测试扑翼机构在不同俯仰角下的各项飞行参数。本发明可根据实际试验需要决定滑台导轨2的铺设长度，可通过第一驱动电机11控制滑台6的移动速度，用以模拟扑翼机构在不同风速的飞行状态。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：包括静止轨道单元、飞行参数采集单元及扑翼机构单元，所述飞行参数采集单元、扑翼机构单元通过滑台设置在静止轨道单元上。

2.根据权利要求1所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：所述静止轨道单元包括轨道支撑台、滑台导轨、齿条及碳刷滑线导轨，所述滑台导轨、齿条及碳刷滑线导轨平行设置在轨道支撑台上，在碳刷滑线导轨两端安装有集电器；在所述滑台下部安装有滑台滑块，滑台通过滑台滑块与滑台导轨滑动配合。

3.根据权利要求1所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：所述飞行参数采集单元包括供电模块、控制驱动模块、机翼二维变形量测量模块及六轴力测量模块；所述供电模块包括碳刷，所述碳刷固定于滑台上，且碳刷与碳刷滑线导轨接触配合；所述控制驱动模块包括控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一驱动电机、第二驱动电机及驱动齿轮，所述控制器的信号输出端与第一驱动器、第二驱动器的信号输入端相连，所述第一驱动器的信号输出端与第一驱动电机的控制端相连，所述第二驱动器的信号输出端与第二驱动电机的控制端相连；所述第一驱动电机竖直安装在滑台上且驱动轴朝下，第一驱动电机通过驱动轴与驱动齿轮相连，驱动齿轮与齿条相啮合；所述机翼二维变形量测量模块包括激光二维扫描传感器、传感器支架、支架滑块及支架导轨，所述激光二维扫描传感器安装在传感器支架上，传感器支架与支架滑块相固连，支架滑块设置在支架导轨上，支架导轨固定在滑台上；所述激光二维扫描传感器的信号输出端与计算机相连；所述六轴力测量模块包括六轴力传感器、三通道放大器、USB数据采集卡、扑翼机构安装底座及可调支座，所述扑翼机构安装底座安装在滑台上，可调支座位于扑翼机构安装底座顶端，六轴力传感器安装于可调支座与扑翼机构安装底座之间，六轴力传感器的信号输出端与三通道放大器的信号输入端相连，三通道放大器的信号输出端与USB数据采集卡的信号输入端相连，USB数据采集卡的信号输出端与计算机相连；所述扑翼机构单元通过可调支座安装于滑台上。

4.根据权利要求3所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：在所述滑台上还设置有丝杠，丝杠与支架导轨相平行，在丝杠上套装有丝母，丝母与传感器支架相固连，所述丝杠一端通过联轴器与第二驱动电机驱动轴相连接。

5.根据权利要求3所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：所述控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一驱动电机及第二驱动电机均通过电刷供电。

6.根据权利要求3所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：所述控制器的供电电压为24V、电刷供电电压为36V时，在控制器与电刷之间连接有电压转换器。

7.根据权利要求1所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：所述扑翼机构单元包括机架、第三驱动电机、主动齿轮、惰轮、曲柄齿轮、连杆、摆杆及机翼，所述第三驱动电机固定安装在机架内，第三驱动电机通过联轴器连接有主动轴，主动齿轮固定套装在主动轴上，惰轮安装在机架上，主动齿轮与惰轮相啮合，曲柄齿轮安装在机架上，惰轮与曲柄齿轮相啮合；所述连杆一端偏心铰接于曲柄齿轮上，连杆另一端与摆杆一端相铰接，摆杆另一端与机翼根部相连接，在摆杆的摆动中心安装有摆轴，摆轴与机架相固连。

8.根据权利要求7所述的一种微小型扑翼飞行器的飞行参数测试装置，其特征在于：所述曲柄齿轮、连杆、摆杆及机翼为两套且对称设置，且对称的两个曲柄齿轮相啮合。