扑翼飞行器测力平台设计与扑翼样机测力研究

发布时间：2017-08-02 04:05

  本文关键词：扑翼飞行器测力平台设计与扑翼样机测力研究

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【摘要】：仿生扑翼飞行器因其体积小、隐身性能好、推进效率高、机动性强等特点,在军事及民用中具有良好的应用前景,近年来一直是研究的热点。扑翼飞行器的气动性能不但影响其飞行性能,更是飞行控制的研究基础,因而成为人们关注的重点。在对仿生扑翼气动的研究过程中,由于扑翼的小尺寸、低速率及上下扑动,其气动性上的低雷诺数、非定常效应明显,传统的理论方法难以有效解决,而对扑翼样机进行测力试验则是获取其气动性能的一种手段。然而,仿生扑翼机质量轻、扑动升、阻力较小,适当的测力装置需要与之匹配测量。为此,研制一套适合扑翼升、推力测量的小量程测力平台,并用其对扑翼样机的升、推力特性进行研究。主要内容如下:针对扑翼飞行器气动力微小、呈周期性动态变化的特点,对适合静态、动态测量的电阻应变式传感器的测量原理进行了分析,设计了梁式“L”型应变式低量程三维力传感器。通过Ansys有限元仿真计算,结果表明传感器在量程范围内对施加力具有线性响应,能够实现维间自解耦,且对一定范围的空间三维扭矩不敏感。采用螺钉组接的方式加工了“L”型传感器,并对其进行了理论分析,结果表明其具有与一体式传感器相似的测量特性。其后,通过实验对组合式“L”型传感器进行静态标定,研究其输入与输出特性,传感器标定结果与理论分析相符,且传感器在零载荷下具有较好的分辨率;通过对传感器进行静态解耦与误差分析计算,实验标定得到了较高的精度。传感器空间三维力测试结果表明,组合式传感器具有实际可行性。由于传感器的测量精度受力的动态响应及动态耦合的影响,对单维力下的动态测量进行了分析,同时根据相关理论得出了三维动态力解耦的系统模型。最后通过Ansys对传感器进行了无阻尼下的模态分析,结果表明传感器的固有频率较高,动态性能良好。用设计的测力平台进行了扑翼样机气动力测试,得到了周期变化的气动力输出。同时研究了扑动频率、来流等因素对平均升力及推力的影响,结果与相关理论、实验研究基本一致。课题研究了一种扑翼机测力平台,对扑翼飞行器气动力测量装置的设计提供了有价值的参考。
【关键词】：测力平台 三维力传感器 标定 静态解耦 扑翼气动力测试
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V276
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题的研究背景与意义9-12
• 1.1.1 扑翼飞行器发展概况9-11
• 1.1.2 扑翼飞行器的空气动力学问题11-12
• 1.1.3 课题的来源及意义12
• 1.2 课题的国内外相关研究现状及分析12-22
• 1.2.1 扑翼机测力平台的研究现状12-18
• 1.2.2 多分量测力技术18-21
• 1.2.3 课题相关研究现状分析21-22
• 1.3 本课题的主要研究内容22-23
• 第2章 测力平台小量程三维力传感器的设计23-38
• 2.1 应变式传感器测量原理的分析23-25
• 2.2 一种小量程“L”型三维力传感器的设计与分析25-32
• 2.2.1 传感器结构与测量原理25-27
• 2.2.2 传感器测量特性的有限元分析27-32
• 2.3 “L”型传感器的组合加工与研究分析32-37
• 2.3.1 组合式“L”型传感器结构32-33
• 2.3.2 传感器测量特性的有限元分析33-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 测力平台传感器的静态标定与误差分析38-58
• 3.1 传感器的标定38-46
• 3.1.1 静态标定的滤波方法38-42
• 3.1.2 滑轮加载砝码法标定42-44
• 3.1.3 变换姿态法标定44-46
• 3.2 多维力传感器的静态解耦46-47
• 3.3 传感器的灵敏度及分辨率47-49
• 3.4 多维力传感器测量误差分析49-55
• 3.4.1 测量误差的主要来源49-50
• 3.4.2 单维力测量下的动态响应分析50-51
• 3.4.3 多维力测量下的动态解耦51-54
• 3.4.5 组合式传感器的模态态分析54-55
• 3.5 多维力传感器的误差计算55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第4章 测力平台对扑翼样机的测力研究58-70
• 4.1 测力平台的组成及测量实验58-61
• 4.1.1 测试扑翼样机58
• 4.1.2 样机姿态固定与调节结构58-59
• 4.1.3 扑动频率的测量59-60
• 4.1.4 样机气动力测量实验60-61
• 4.2 采集信号的滤波方法分析61-64
• 4.3 实验结果及分析64-69
• 4.3.1 升力、推力、及侧向力的测量结果64-66
• 4.3.2 扑动频率对平均升力、推力的影响66-68
• 4.3.3 来流对平均升力、平均推力的影响68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果75-77
• 致谢77

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 李子平;林洁波;;薄膜在线厚度检测方法及应用[J];工业控制计算机;2014年09期

2 王俊涛;桑培勇;贾正红;陈孟闯;刘冬晓;;多介质气体微小流量标准装置系统方案[J];工业计量;2015年S1期

3 李超;孙照岚;赵Z，

本文编号：607514