[發(fā)明專利]一種仿生柔性撲翼機(jī)構(gòu)及水動(dòng)力性能測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910832021.2
• 申請(qǐng)日: 2019-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN110406654B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃橋高;潘光;高鵬騁;趙嘉禎;曹永輝;曹勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B63H1/30
• 分類號(hào): B63H1/30;B63B71/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

1.一種仿生柔性撲翼機(jī)構(gòu)的水動(dòng)力性能測(cè)試方法，其特征在于：所述仿生柔性撲翼機(jī)構(gòu)包括所述撲翼機(jī)構(gòu)為仿生柔性撲翼，采用naca翼型，材質(zhì)為硅膠；

所述撲翼機(jī)構(gòu)采用硫化模具制備而成，所述硫化模具包括上模具和下模具，所述上模具和下模具之間為可拆卸固定連接；所述上模具、下模具合體后的內(nèi)型和所述撲翼機(jī)構(gòu)的外型一致；

所述水動(dòng)力性能測(cè)試方法使用的測(cè)試裝置包括仿生柔性撲翼運(yùn)動(dòng)推進(jìn)平臺(tái)、仿生柔性撲翼和PIV測(cè)試系統(tǒng)；仿生柔性撲翼運(yùn)動(dòng)推進(jìn)平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)仿生柔性撲翼的運(yùn)動(dòng)和仿生柔性撲翼在推進(jìn)方向的自由移動(dòng)；所述仿生柔性撲翼運(yùn)動(dòng)推進(jìn)平臺(tái)包含六軸力/力矩傳感器，能夠在控制運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還能記錄下仿生柔性撲翼各方向的受力情況；所述PIV測(cè)試系統(tǒng)包括連續(xù)激光器和高速相機(jī)；

所述水動(dòng)力性能測(cè)試方法具體步驟如下：

步驟一：實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，在進(jìn)行仿生柔性撲翼各方向力/力矩的測(cè)定時(shí)，需要將仿生柔性撲翼的前進(jìn)正方向同所述六軸力/力矩傳感器的X方向進(jìn)行標(biāo)定；

步驟二：將所述仿生柔性撲翼及六軸力/力矩傳感器通過(guò)聯(lián)軸器安裝在仿生柔性撲翼運(yùn)動(dòng)推進(jìn)平臺(tái)下方，安裝完畢后對(duì)六軸力/力矩傳感器進(jìn)行歸零處理；

步驟三：?jiǎn)?dòng)仿生柔性撲翼運(yùn)動(dòng)推進(jìn)平臺(tái)，確保推進(jìn)平臺(tái)在推進(jìn)方向上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)；

步驟四：通過(guò)控制軟件，首先設(shè)定仿生柔性撲翼的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：平動(dòng)位移幅值為5mm至25mm，轉(zhuǎn)動(dòng)角度幅值為20°，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率1Hz、1.5Hz、2Hz；然后由雷諾數(shù)公式計(jì)算：Re＝fc²/ν，其中f為平動(dòng)頻率，c為仿生柔性撲翼的模型長(zhǎng)度，ν為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，Re為流體流動(dòng)情況的無(wú)量綱物理量雷諾數(shù)；結(jié)合雷諾數(shù)的范圍：10000至20000，計(jì)算出平動(dòng)的頻率范圍為1Hz至2Hz，選取1Hz，1.5Hz，2Hz作為試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

步驟五：設(shè)定仿生柔性撲翼水平平動(dòng)初始相位比旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)初始相位滯后90°，用以保證兩種運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)方向沿軸線方向；若要實(shí)現(xiàn)對(duì)魚類胸鰭和尾鰭協(xié)同運(yùn)動(dòng)的模擬，兩組仿生柔性撲翼自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)與步驟四中所有參數(shù)相同，但兩組仿生柔性撲翼之間所有運(yùn)動(dòng)需存在140°相位差；然后測(cè)量不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下的仿生柔性撲翼各方向的力及力矩，并通過(guò)六軸力/力矩傳感器記錄軟件將力學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和導(dǎo)出；

步驟六：利用高速相機(jī)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下的仿生柔性撲翼的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行拍攝，并將視頻文件存儲(chǔ)和導(dǎo)出；

步驟七：利用PIV測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下的仿生柔性撲翼的流場(chǎng)情況進(jìn)行拍攝，并將視頻文件存儲(chǔ)和導(dǎo)出；

步驟八：測(cè)試并記錄下仿生柔性撲翼在不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下運(yùn)動(dòng)時(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的移動(dòng)速度；

步驟九：完成一組仿生撲翼在不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)下所有實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿生柔性撲翼機(jī)構(gòu)的水動(dòng)力性能測(cè)試方法，其特征在于：所述仿生柔性撲翼運(yùn)動(dòng)推進(jìn)平臺(tái)包括運(yùn)動(dòng)模塊、氣浮導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌支架；所述氣浮導(dǎo)軌支架用于支撐整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，其兩端平行固定有兩個(gè)氣浮導(dǎo)軌；所述運(yùn)動(dòng)模塊的兩端分別和兩個(gè)氣浮導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，用于實(shí)現(xiàn)仿生撲翼的水平平動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)模塊包括橫向電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，用來(lái)控制夾持撲翼的水平平動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸安裝有六軸力/力矩傳感器，用于控制運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還能記錄下?lián)湟砀鞣较虻氖芰η闆r。