[發明專利]一種基于齒輪傳動的三自由度撲翼實驗臺

在審

• 申請號: 201811027736.2
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109050971A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 劉強;房志飛;周曉勤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B64F5/60
• 分類號: B64F5/60
• 代理公司: 北京集智東方知識產權代理有限公司 11578
• 代理人: 張紅;程立民

本發明公開了一種基于齒輪傳動的三自由度撲翼實驗臺，它包括：機架、撲動機構、掃掠機構、扭轉機構、撲翼；撲動機構包括撲動電機、撲動軸、撲翼第一固定架；撲動電機固定在機架上；撲動軸鉸接安裝在機架上，與機架槽口垂直設置；撲翼第一固定架呈矩形塊狀，中部設有撲動軸容納孔；撲動軸安裝在撲動軸容納孔中，且撲動軸與撲翼第一固定架相互固定連接；掃掠機構安裝在撲翼第一固定架上；扭轉機構鉸接安裝在掃掠機構的第一鉸接孔上；撲翼固定安裝在扭轉從動錐齒輪上，與第一鉸接孔同軸設置。該機構結構緊湊，傳動準確、效率高；電機布置形式減小了扭矩和運動慣性；由軟件控制電機轉速和位移實現三自由度參數可調，可生成任意預設軌跡。

技術領域

本發明屬于撲翼飛行器實驗設備技術領域，具體涉及一種基于齒輪傳動的三自由度撲翼實驗臺。

背景技術

研究表明，自然界的鳥類和昆蟲在飛行中獲得較高的氣動效率主要是由于其撲動過程中，撲翼除了上下撲動外還有前后掃略運動和繞翼展方向的扭轉運動。這種復合運動形式，使鳥類和昆蟲能夠利用“拍飛（Clap-Fling）”、“延時失速(Delayed Stall)”、“旋轉環流（Rotational Circulation）”和“尾流捕獲（Wake Capture）”四種高升力機理獲得最高的氣動效率。這四種高升力機理中，“拍飛”和“延時時速”是撲翼固有的升力機理，而“旋轉環流”和“尾流捕獲”是撲翼旋轉產生的效果。

為揭示昆蟲、鳥類翅翼高推升力機制，獲得具有理想性能的微型撲翼飛行器，需要設計機構，模擬出昆蟲、鳥類運動模式，測試撲翼氣動力。然而目前進行撲翼實驗研究還存在一些問題：1、撲翼驅動機構實現復雜撲動過程中由于機械誤差和采用軟連接傳動等原因難以準確實現預設撲動規律；2、撲翼驅動機構復雜，難以按照測量要求布置相應傳感器進行測量。

于是本文提出了一種基于齒輪傳動的三自由度綜合撲翼實驗臺，如圖1，它包括機架、驅動電機、傳動機構、撲翼和控制系統。機架安裝撲動電機、掃掠電機、撲動軸和控制系統，底部安裝六分量測力/力矩天平就對實驗臺的受力/力矩進行測量。它能精確實現撲動、掃掠和扭轉三個自由度的任意預設運動規律，可用于復雜撲翼運動規律的風洞實驗。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種基于齒輪傳動的三自由度撲翼實驗臺，設計思路是采用功能分解法將翅翼的八字形撲動軌跡分為上下撲動、前后掃掠、扭轉，三種運動，再用串聯設計法，以上下撲動為基本運動，將掃掠和扭轉附加到撲動機構上；利用錐齒輪傳動實現傳動方向的改變。

一種基于齒輪傳動的三自由度撲翼實驗臺，它包括：機架、撲動機構、掃掠機構、扭轉機構；所述的撲動機構包括撲動電機、撲動軸、撲翼第一固定架；所述的撲動軸交接安裝在機架上，與機架的槽口垂直設置；所述的撲動電機固定在機架上；所述的撲動軸上設有第一撲動齒輪，撲動電機的輸出軸上設有第二撲動齒輪；所述的第一撲動齒輪與撲動軸相互固定連接；所述的第一撲動齒輪與第二撲動齒輪相互嚙合；所述的撲翼第一固定架呈矩形塊狀，中部設有撲動軸容納孔；所述的撲動軸安裝在撲動軸容納孔中，且撲動軸與撲翼第一固定架相互固定連接；所述的掃掠機構安裝在撲翼第一固定架上；所述的扭轉機構鉸接安裝在掃掠機構的第一鉸接孔上；

進一步的，所述的掃掠機構包括：掃掠半軸、掃掠支架、掃掠從動錐齒輪、掃掠主動錐齒輪、掃掠驅動齒輪、掃掠電機；所述的掃掠半軸分別鉸接安裝在撲翼第一固定架的兩側，并且與撲動軸垂直設置；所述的掃掠支架呈C字形，端部固定在掃掠半軸上；所述的掃掠支架的中部設有第一鉸接孔；所述的第一鉸接孔與掃掠半軸垂直設置；所述的掃掠從動錐齒輪固定安裝在掃掠支架下部的掃掠半軸的端部；所述的掃掠主動錐齒輪安裝在撲動軸上，掃掠主動錐齒輪與撲翼第一固定架之間設有限位套筒；所述的掃掠主動錐齒輪與掃掠從動錐齒輪相互嚙合；所述的掃掠驅動齒輪安裝在撲動軸上，與掃掠主動錐齒輪固定連接；所述的掃掠電機固定在機架上；所述的掃掠電機上設有與掃掠驅動齒輪相互嚙合的齒輪；