微型扑翼飞行机器人气动力测试系统

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1、第2期机械设计与制造2012年2月MachineryDesign&Manufacture165文章编号：1001—3997(2012)02—0165—02微型扑翼飞行机器人气动力测试系统术李贵祥苏刚李洪谊(中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，沈阳110016)AerodynamictestingsystemforairvehiclewithmicroflappingwingsLIGui—xiang，SUGang，LIHong—yi(StateKeyLaboratoryofRobotics，ShenyangInstitut

2、eofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Shenyang110016，China)、十十一十斤十J十十十—e斤十斤十斤’十q、喜斤十一毒十一1、e、§十一十q、§十斤e、"十十1、‘十斤【摘要】微型扑翼飞行机器人飞行时的气动力是主要的性能指标，低雷诺数下的空气动力学还没有成熟的理论和经验公式可以遵循，因此需要设计并验证了一个微型扑翼飞行机器人气动力测试系统：采用2个位于水平和垂直方向的力传感器作为敏感元件分别测量微型扑翼飞行机器人飞行时的推力和升力，使用两个柔性铰链分离垂直、水平方向的气动力，降低

3、非测力方向力对力传感器的影响。文末给出并分析了该系统用于微型扑翼飞行机器人气动力测试的实测推力和升力。关键词：扑翼；气动力；测试系统【Abstract】Theaeroclynamicforceismainperformanceindexofairvehiclewithmicroflappingwingsduringflight，whiletheaerodynamicsatlowReynoldsnumberconditionisnotamaturetheory，andhasnotempiricalformulatofollow，SOan

4、aerodynamictestingsystemofairvehiclewithmicroflappingwingsisde—signedandverified：Thesystemuses2forcesensorslocatedinparallelandverticalasthesensorstomea——surethethrustandtheliftduringflyingoftheairvehicle，andtwoflexiblehingesareusedtoseparatever—ticalandhorizontalaerody

5、namicforceaswellasreducetheeffectofforceinnonforcedirectiononforcesensor．Atlast，thethrustandliftobtainedfromthesystemfortestingaerodynamicforceoftheairvehiclewithmicroflappingwingsisgivenandanalyzed．Keywords：flappingwings；Aerodynamicforce；Testingsystem中图分类号：TH16文献标识码：A1

6、引言2扑翼飞行机器人扑翼飞行机器人具有仿生飞行方式(仿蜻蜓、仿蝇等)，可微美国某学院(Cahech)是最早研制扑翼飞行机器人的机构之一。化程度高、隐蔽f生好，飞行机动陛高，其扑翼集举升、悬停和推进功其与加州大学(uCLA)及某公司共同研制出Microbat[，首架原型机能于一体，能够适应复杂的飞行环境，以更小的能量进行更长距离于1998年10月试飞，如图1所示。是最早的仿生扑翼微型机器人。的飞行，非常适合在长时间无能源补充及相对远距离条件下执行Microbat机体骨架和机翼采用新型超强复合材料，机翼模仿蝙蝠和任务，可用于灾难救援、军事

7、侦察、军事打击、环境探测、投放标识、昆虫的翅膀，采用MEMS技术加工；以锂离子高能电池为动力，通过窃听隋报等，具有重要的战略意义，在国防和民用领域应用潜力巨机的转动转变为机翼的扑动。该飞行机大。在扑翼飞行机器人研制过程中，其飞行时的气动力是扑翼飞行器人已发展了4种不同的原理样机，飞行眭能最好的是第4代样机，机器人飞行的主要性能指标，主要由扑翼扑动时的相对分合、延迟总重115g，最大尺寸20．32cm，扑翼频率为20Hz，控制方式为无线电脱落、翻转效应和尾迹干涉产生Ⅲ。由于尺寸小，飞行速度低，扑翼遥控飞行，可携带一台微型摄像机或声音传感

8、器，具有上下行数据链路。2002年8月，该机器人刨下飞行22min45s的航时己录。飞行机器人要比普通飞机在更低的雷诺数下飞行，这时空气的粘滞力很大，其影响无法忽略。目前，低雷诺数下的空气动力学还没有成熟的理论和经验公式