CN114394257A - 一种液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台 - Google Patents
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Abstract
一种液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台属扑翼飞行器试验设备技术领域，包括：机架、扑动机构、扭转机构、偏航机构和扑翼；扑动机构包括液压缸、第一传动杆、第二传动杆、柔性体、扑翼安装基座；液压缸固定在机架上；液压缸与第一传动杆铰接；第一传动杆与机架铰接；第一传动杆与第二传动杆同轴连接，并可以相对转动；扭转机构中通电线圈在半圆形永磁体磁场作用下滑动，带动第二传动杆转动实现扭转；偏航机构中圆柱形永磁体在通电线圈的磁场作用下滑动，带动扑翼安装基座转动实现偏航；扑翼固定安装在扑翼安装基座上。本发明能够保证扑翼拥有三个转动自由度，并可以独立控制调整，以满足对扑翼运动的试验研究，适合用于复杂扑翼运动规律的试验过程。
Description
技术领域
本发明属于扑翼飞行器试验设备技术领域，具体涉及一种液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台。
背景技术
自然界中有许多扑动飞行生物，经过进化均具有独特的飞行特性与结构。例如常见鸟类、昆虫、蜂鸟和蝙蝠等，都利用自身尺寸、重量等特点形成有效的扑翼飞行方式。通过研究者观察发现：空中飞行的生物主要有鸟类和昆虫，虽然它们都采用扑翼飞行方式，但它们的飞行机理还存在一定的区别。昆虫在飞行过程中，翅膀除了进行上下的扑动运动外，还会产生一定程度的扭转和偏航。
为了模拟昆虫翅膀复杂的扑翼运动方式，以揭示昆虫飞行产生高升力的机理，因此，需要一种可使扑翼模型实现扑动、扭转及偏航三个自由度运动的试验平台。然而现有的试验平台存在着一些问题：扑翼的驱动机构复杂，在多级机械传动中往往会产生较大的误差；无法实现三个旋转自由度分别独立控制，或存在耦合，或只能实现小范围的角度变化，不利于采集更大范围的扑翼运动的实验数据。
发明内容
本发明的目的在于实现扑翼模型在扑动、扭转及偏航三个自由度的独立、较大角度范围的运动过程，为扑翼模型的设计及气动特性分析提供数据支撑。
本发明由机架1、扑动机构2、扭转机构3、偏航机构4和扑翼5组成，其中机架1中的液压缸固定卡环14在液压缸21的中上部固定液压缸21，并通过前后两个螺纹孔d141用螺钉组d142螺纹连接夹紧液压缸21；机架1中的液压缸定位装置16在液压缸21的底部定位液压缸21；机架中的第二支撑杆15在上部与第一传动杆23通过第二铰链轴24铰接，并通过第二铰链轴24上的定位孔用定位销b231进行轴向定位；扭转机构3中的半圆形永磁体固定基座31通过第一传动杆23上部的螺纹孔组e312用螺钉组e311螺纹连接固定；扭转机构3的扭转连接块33粘接固定在第二传动杆25的左侧上部；偏航机构4中的偏航线圈固定基座41通过第二传动杆25后部的螺纹孔组f412用螺钉组f411螺纹连接固定；偏航机构4的偏航柔性连杆44与扑翼安装基座27的右侧连接固定；扑翼5安装在扑翼安装基座27的右侧，通过螺纹孔52用螺栓51和螺母55螺纹连接固定，通过定位孔54用定位销a53进行定位。
所述的机架1由底座11、第一支撑杆12、液压缸固定杆13、液压缸固定卡环14、第二支撑杆15、液压缸定位装置16组成，其中第一支撑杆12与底座11垂直布置，并通过螺钉组a111与底座11左侧的螺纹孔组a112螺纹连接固定；液压缸固定杆13与第一支撑杆12在中上部垂直布置，并与第一支撑杆12螺纹连接固定；液压缸固定卡环14与液压缸固定杆13粘接固定；第二支撑杆15与底座11垂直布置，并通过螺钉组c115与底座11右侧的螺纹孔组c116螺纹连接固定；液压缸定位装置16通过螺钉组b113与底座11在中部的螺纹孔组b114螺纹连接固定。
所述的扑动机构2由液压缸21、第一铰链轴22、第一传动杆23、第二铰链轴24、第二传动杆25、柔性体26、扑翼安装基座27组成，其中液压缸21的活塞杆在上部与第一传动杆23通过第一铰链轴22铰接，并通过第一铰链轴22上的定位孔c用定位销c232进行轴向定位；第二传动杆25在第一传动杆23的右端同轴连接，并且可以相对转动；扑翼安装基座27在第二传动杆25右端通过柔性体26连接固定，保证扑翼安装基座24可以绕第二传动杆25右端前后转动。
所述的扭转机构3由半圆形永磁体固定基座31、半圆形永磁体32、扭转连接块33、扭转线圈34组成，其中半圆形永磁体32粘接在半圆形永磁体固定基座31的右侧；扭转线圈34与扭转连接块33垂直布置，并粘接在扭转连接块33的上部；扭转线圈34可以沿半圆形永磁体32内圈导轨滑动。
所述的偏航机构4由偏航线圈固定基座41、偏航线圈42、圆柱形永磁体43、偏航柔性连杆44组成，其中偏航线圈42粘接固定在偏航线圈固定基座41上；偏航柔性连杆44与圆柱形永磁体43的右侧粘接固定；圆柱形永磁体43可在偏航线圈42内部的导轨内左右滑动。
本发明工作时，通过液压控制回路控制液压缸21活塞杆的行程，可改变扑动运动的幅值；通过液压控制回路控制液压缸21活塞杆的伸缩速度，可调节扑动运动的频率；当需要实现扑翼的扭转运动时，对扭转线圈34进行通电，通电后的扭转线圈34在半圆形永磁体32的磁场作用下沿半圆形永磁体32内导轨滑动，并经扭转连接块33带动第二传动杆25转动，从而实现扑翼5的扭转，且通过调节扭转线圈34通入电流大小及方向可实现对扭转角度的调节；当需要实现扑翼5的偏航运动时，对偏航线圈42进行通电，通电后的偏航线圈42会产生磁场，在磁场的作用下圆柱形永磁体43会沿偏航线圈42内导轨左右滑动，并经偏航柔性连杆44带动扑翼安装基座27前后转动，从而实现扑翼5的偏航，且通过调节偏航线圈42通入电流大小和方向可实现偏航角度的调节。
附图说明
图1为液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台结构示意图
图2为液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台机架示意图
图3为液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台扑动机构示意图
图4为液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台扭转机构示意图
图5为液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台偏航机构示意图
图6为液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台扑翼安装示意图
其中：1.机架 2.扑动机构 3.扭转机构 4.偏航机构 5.扑翼 11.底座 12.第一支撑杆 13.液压缸固定杆 14.液压缸固定卡环 15.第二支撑杆 16.液压缸定位装置 21.液压缸 22.第一铰链轴 23.第一传动杆 24.第二铰链轴 25.第二传动杆 26.柔性体 27.扑翼安装基座 31.半圆形永磁体固定基座 32.半圆形永磁体 33.扭转连接块 34.扭转线圈41.偏航线圈固定基座 42.偏航线圈 43.圆柱形永磁体 44.偏航柔性连杆 51.螺栓 52.螺纹孔 53.定位销a 54.定位孔 55.螺母 111.螺钉组a 112.螺纹孔组a
113.螺钉组b 114.螺纹孔组b 115.螺钉组c 116.螺纹孔组c 141.螺钉组d 142.螺纹孔组d 231.定位销b 232.定位销c 311.螺钉组e 312.螺纹孔组e 411.螺钉组f 412.螺纹孔组f
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行描述。
如图1至图6所示，本发明由机架1、扑动机构2、扭转机构3、偏航机构4和扑翼5组成。
如图2所示，所述的机架1由底座11、第一支撑杆12、液压缸固定杆13、液压缸固定卡环14、第二支撑杆15、液压缸定位装置16组成，其中第一支撑杆12与底座11垂直布置，并通过螺钉组a111与底座11左侧的螺纹孔组a112螺纹连接固定；液压缸固定杆13与第一支撑杆12在中上部垂直布置，并与第一支撑杆12螺纹连接固定；液压缸固定卡环14与液压缸固定杆13粘接固定；第二支撑杆15与底座11垂直布置，并通过螺钉组c115与底座11右侧的螺纹孔组c116螺纹连接固定；第二支撑杆15在上部与第一传动杆23通过第二铰链轴24铰接，并通过第二铰链轴24上的定位孔用定位销b231进行轴向定位；液压缸定位装置16通过螺钉组b113与底座11在中部的螺纹孔组b114螺纹连接固定。
如图3所示，所述的扑动机构2由液压缸21、第一铰链轴22、第一传动杆23、第二铰链轴24、第二传动杆25、柔性体26、扑翼安装基座27组成，其中液压缸21的活塞杆在上部与第一传动杆23通过第一铰链轴22铰接，并通过第一铰链轴22上的定位孔c用定位销c232进行轴向定位；第二传动杆25在第一传动杆23的右端同轴连接，并且可以相对转动；扑翼安装基座27在第二传动杆25右端通过柔性体26连接固定，柔性体26的左右两端分别与第二传动杆25和扑翼安装基座27过盈配合，柔性体26的上下两面与第二传动杆25间隙配合；液压缸固定卡环14在液压缸21的中上部固定液压缸21，并通过前后两个螺纹孔d141用螺钉组d142螺纹连接夹紧液压缸21。
如图4所示，所述的扭转机构3由半圆形永磁体固定基座31、半圆形永磁体32、扭转连接块33、扭转线圈34组成，其中半圆形永磁体32粘接在半圆形永磁体固定基座31的右侧；扭转线圈34与扭转连接块33垂直布置，并粘接在扭转连接块33的上部；扭转线圈34可以沿半圆形永磁体32内圈导轨滑动；半圆形永磁体固定基座31通过第一传动杆23上部的螺纹孔组e312用螺钉组e311螺纹连接固定；扭转连接块33粘接固定在第二传动杆25的左侧上部。
如图5所示，所述的偏航机构4由偏航线圈固定基座41、偏航线圈42、圆柱形永磁体43、偏航柔性连杆44组成，其中偏航线圈42粘接固定在偏航线圈固定基座41上；偏航柔性连杆44与圆柱形永磁体43的右侧粘接固定；圆柱形永磁体43可在偏航线圈42内部的导轨内左右滑动；偏航线圈固定基座41通过第二传动杆25后部的螺纹孔组f412用螺钉组f411螺纹连接固定；偏航机构4的偏航柔性连杆44与扑翼安装基座27的右侧连接固定，并采用过盈配合。
如图6所示，扑翼5安装在扑翼安装基座27的右侧，通过螺纹孔52用螺栓51和螺母55螺纹连接固定，通过定位孔54用定位销a53进行定位。
Claims (4)
1.一种液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台，其特征在于，由机架(1)、扑动机构(2)、扭转机构(3)、偏航机构(4)和扑翼(5)组成，其中扑动机构(2)由液压缸(21)、第一铰链轴(22)、第一传动杆(23)、第二铰链轴(24)、第二传动杆(25)、柔性体(26)、扑翼安装基座(27)组成；液压缸(21)的活塞杆在上部与第一传动杆(23)通过第一铰链轴(22)铰接，并通过第一铰链轴(22)上的定位孔c用定位销c(232)进行轴向定位；第二传动杆(25)在第一传动杆(23)的右端同轴连接，并且可以相对转动；扑翼安装基座(27)在第二传动杆(25)右端通过柔性体(26)连接固定，保证扑翼安装基座(24)可以绕第二传动杆(25)右端前后转动；机架(1)中的液压缸固定卡环(14)在液压缸(21)的中上部固定液压缸(21)，并通过前后两个螺纹孔a(141)用螺钉组a(142)螺纹连接夹紧液压缸(21)；机架(1)中的液压缸定位装置(16)在液压缸(21)的底部定位液压缸(21)；机架中的第二支撑杆(15)在上部与第一传动杆(23)通过第二铰链轴(24)铰接，并通过第二铰链轴(24)上的定位孔用定位销a(231)进行轴向定位；扭转机构(3)中的半圆形永磁体固定基座(31)通过第一传动杆(23)上部的螺纹孔组b(312)用螺钉组b(311)螺纹连接固定；扭转机构(3)的扭转连接块(33)粘接固定在第二传动杆(25)的左侧上部；偏航机构(4)中的偏航线圈固定基座(41)通过第二传动杆(25)后部的螺纹孔组c(412)用螺钉组c(411)螺纹连接固定；偏航机构(4)的偏航连杆(44)与扑翼安装基座(27)的右侧连接固定；扑翼(5)安装在扑翼安装基座(27)的右侧，通过螺纹孔d(52)用螺栓d(51)和螺母d(55)螺纹连接固定，通过定位孔b(54)用定位销b(53)进行定位。
2.按权利要求1所述的液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台，其特征在于，所述的机架(1)由底座(11)、第一支撑杆(12)、液压缸固定杆(13)、液压缸固定卡环(14)、第二支撑杆(15)、液压缸定位装置(16)组成，其中第一支撑杆(12)与底座(11)垂直布置，并通过螺钉组e(111)与底座(11)左侧的螺纹孔组e(112)螺纹连接固定；液压缸固定杆(13)与第一支撑杆(12)在中上部垂直布置，并与第一支撑杆(12)螺纹连接固定；液压缸固定卡环(14)与液压缸固定杆(13)粘接固定；第二支撑杆(15)与底座(11)垂直布置，并通过螺钉组f(115)与底座(11)右侧的螺纹孔组f(116)螺纹连接固定；液压缸定位装置(16)通过螺钉组g(113)与底座(11)在中部的螺纹孔组g(114)螺纹连接固定。
3.按权利要求1所述的液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台，其特征在于，所述的扭转机构(3)由半圆形永磁体固定基座(31)、半圆形永磁体(32)、扭转连接块(33)、扭转线圈(34)组成，其中半圆形永磁体(32)粘接在半圆形永磁体固定基座(31)的右侧；扭转线圈(34)与扭转连接块(33)垂直布置，并粘接在扭转连接块(33)的上部；扭转线圈(34)可以沿半圆形永磁体(32)内圈导轨滑动。
4.按权利要求1所述的液压和电磁混合的三自由度扑翼试验台，其特征在于，所述的偏航机构(4)由偏航线圈固定基座(41)、偏航线圈(42)、圆柱形永磁体(43)、偏航连杆(44)组成，其中偏航线圈(42)粘接固定在偏航线圈固定基座(41)上；偏航连杆(44)与圆柱形永磁体(43)的右侧粘接固定；圆柱形永磁体(43)可在偏航线圈(42)内部的导轨内左右滑动。
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