鸽子翅膀受力直接测量方法与羽轴受力采集设备的初步研究

发布时间：2020-12-30 02:29

　　近年来,建立鸟类空气动力学模型是学术界的重要研究课题。鸽子作为扑翼飞行鸟类的代表,良好的归巢性方便了研究,但由于鸽子飞行动作复杂,很难通过传感器在体采集自由飞行状态下鸽子的翅膀受力。本文通过对单根飞羽根部形变数据的测量预估其受到的力,其结果可以用于估计鸽子翅膀在飞行过程中的受力。本文以鸽子为实验对象,以应变片为传感器设计了一套应用于活体鸽子的飞行中羽轴根部形变采集与参考点法向力分析的实验方法。制作了一种鸽子可背载的传感设备,具有GPS实时定位,陀螺仪加速度传感器实时飞行姿态解算,经放大后的应变片电压数据采集与使用TF卡的各数据实时记录的功能,全模块重量总计19.6g,尺寸大小27mm×48mm×20mm。本文对样本飞羽的形貌数据进行了测量与统计,通过两点实验计算其抗弯强度,不同飞羽之间的强度会有所差异,需要对不同飞羽的根部形变和受力关系分别进行分析。通过飞羽砝码挂载实验总结了一套应变片电压-参考点法向力的转换方法,针对鸽子的日常活动设计了室内理想条件与室外环境测试。总结了一套在活鸽子羽轴根部粘贴应变片的方法,设计了两种有效避免鸽子啄咬应变片及其连线的头套。本文为了得到飞行过程中的环境信... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

鸟类的扑翼飞行[3]

鸟类可以在空中完成诸如转弯、俯冲、后退、悬停等高难度动作。其飞行效率之高，飞行动作之灵活是现代人类制造的诸多飞行器望尘莫及的。扑翼飞行的过程中鸟类翅膀不是简单的上下扑动，而是存在多样的翅尖轨迹，绿头鸭的一个完整扑翼动作如图1.2所示。扑动过程中，鸟类翅膀与螺旋桨类似，在无数个剖面上产生的推力与阻力差就是鸟类向前的动力，在10Hz左右的扑动频率下，鸽子甚至能到到144-147公里每小时的飞行速度，由此可见扑翼飞行的效率之高。2.滑翔[16]滑翔飞行方式是指在鸟类达到一定飞行高度后，利用上升的热气流，挥动一次翅膀就能进行长距离的滑翔运动，这是鸟类的另一种常用飞行方式。通常来说，翅膀面积比较大的鸟类相较于翅膀面积小的鸟类更善于滑翔。这是因为在相同气流条件下，滑翔距离一般与鸟类自重和

翅膀升力有关。鸟类在滑翔姿态上多是大同小异，多是两翼张开，迎着气流做飞行运动，并且通过倾斜身体和调整尾巴角度来控制飞行方向。燕子是滑翔飞行的个中好手，除了上述的基本姿态调整外，燕子还可以通过在飞行过程中夹起翅膀进行加速，如图1.3A所示，燕子滑翔中翅膀外形与固定翼飞机类似，人类也在对滑翔鸟类的研究中将固定翼飞行器更新换代，使其更加符合生物学原理。图1. 3 燕子的滑翔与信天翁的翱翔A.燕子[16]；B.信天翁[17]3.翱翔[17]翱翔与以上两种飞行方式的最大区别就是不消耗鸟类自身能量产生升力，而是从空气的流动中获取能量供给飞行。通过飞行在上升的空气团内，延长滞空时间，完成长距离飞行。翱翔可以分为静态和动态。空气在运动过程中会由于受热产生上升气流，或是在遇到障碍时产生上升气流，利用这两种气流进行飞行的方式被称为静态翱翔。以蜻蜓、鹰为代表的动物是这一翱翔方式的典型代表。动态翱翔则是利用随时间和高度不断发生变化的水平气流产生升力的翱翔方式。动态翱翔多见于在复杂的海风环境中飞行的鸟类，如信天翁与海鸥，这些大型海鸟在多变的海风中通过动态飘升的方式维持翱翔飞行。信天翁在海风环境中的动态飘升过程如图1.3B所示。通常来讲


本文编号：2946801