仿生三维扑动实验测试系统

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1、第43卷第2期2013年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．2Mar．2013仿生三维扑动实验测试系统李博扬，宋笔锋，王利光(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：为了对微型仿生扑翼进行三维复合扑动时的气动力特性进行试验研究，设计了一种能实现扑翼三自由度同步扑动的综合试验平台，平台具有扑动、俯仰和扫掠三个方向的运动自由度。机翼根部安装有力／力矩传感器，可对扑动过程中机翼所受的三个方向的力和力矩进行实时测量。开发了三维扑动试验测控软件，软件可对三个微型伺服电机进行精确控制从而在机翼上实现任意形式的复合扑动。进行了三维扑动

2、验证试验，试验结果表明，系统可以满足后续风洞试验的测控要求。关键词：微型扑翼飞行器；试验平台；复合扑动；测控软件；验证试验中图分类号：THl22文献标识码：A文章编号：1671—654X(2013)02—0123—05ASystemforThree—dimensionalBionicFlappingExperimentLIBo-yang，SONFBi-feng，WANGLi—guang(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi7an710072，China)Abstract：Forthestudyofaerody

3、namiccharacteristicinFlapping·-wingmicroairvehicleduringmulti-．dimensionalflap，akindofflappingwingexperimentalplatformwhichcouldachieve3degreeoffreedomflapisdeveloped．Themovementofthewingrevolvingaround3axescanbecontrolledseparately．Aforce／torquesensorisfixedattherootofthewing，whichcanmeasurethef

4、orce／torqueduringtheflapatrealtime．Asetofcontrol—measuresoftwareisdeveloped．Byaccuratelycontrolofthreebmshlessmotorswiththissoftware，anykindofcompositemovementcanbecarriedintoeffect．Somebasic3一DOFexperi—mentsweredoneinthispaper．Theresultshowsthatthissystemissuitableforthefuturewindtunnelex—perime

5、nts．Keywords：flapping—-wingmicroairvehicle；experimentplatform；compositeflap；control--measuresoft—-ware：initialexperiment引言微型扑翼飞行器(Flapping．wingMicroAirVehi．cle，FMAV)是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，它依靠机翼上下扑动产生飞行所需升力和推力，以体积小、重量轻、使用灵活等特点在国防和民用领域有着广泛的应用前景。一般的微型飞行器最大尺寸都不超过15am，由于低雷诺数效应，这种尺度的飞行器的气动特性例如升力、阻力和推力都与传统

6、飞行器有着很大不同⋯。目前对此领域进行的研究有理论方法和试验方法，但由于低雷诺数环境下的扑翼复杂流动还有很多问题尚未解决，加之求解时还需考虑气动一结构耦合，理论方法至今很难得到较有价值的结果。而通过试验方法，借助力／力矩传感器和多种流动显示设备研究复杂三维扑动时的气动力已成为目前使用的主要方法。VandenBerg和Ellington【2o设计了一种称为“TheFlapper”的差分扑动机构，这套机构可以改变扑动轨迹，但是机翼无法独立扑动。Dickinson和Leh．mann‘31、DiLeo和DengHl都设计出了基于机械臂的扑动机构，这种设计允许大幅度的运动，机翼扑动环境为液体。Ge

7、orgepo等也设计出了一种基于差分齿轮机构的三维扑动装置，但该系统的扑动频率衰减较大。在国内，朱宝、王姝歆M1进行了两自由度扑翼机构及其运动的仿真研究。朱保利"o等设计出了一种三维仿生扑翼机构，但这些机构设计都未能与测量系统相结合，无法对扑翼三维复合扑动时产生的气动力进行定量分析。本文设计的有三个旋转自由度，能够精确地实现收稿日期：2012—02～06基金项目：2012年西北工业大学本科毕业设计(论文)重点扶持项目资助作者简介：李