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一种仿生昆虫飞行流场测量装置制造方法及图纸

技术编号:17763379 阅读:54 留言:0更新日期:2018-04-21 18:30
一种仿生昆虫飞行流场测量装置,它包括槽体和支架体,槽体内设有仿生昆虫,仿生昆虫上设有仿生翅膀,在槽体上方设有高速相机。它主要是为了解在对飞行昆虫进行研究时,不能很好的获取昆虫飞行时翅膀所产生的流场的技术问题。

A device for measuring the flight flow field of a bionic insect

A device for measuring the flight flow field of a bionic insect, which includes a tank body and a support body, a bionic insect in the body, a bionic wing on the bionic insect, and a high-speed camera above the tank body. It is mainly to understand the technical problems of the flow field generated by wings when insects are flying when they are studying flying insects.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生昆虫飞行流场测量装置
本专利技术属于昆虫研究领域,具体涉及一种仿生昆虫飞行流场测量装置。
技术介绍
昆虫在飞行时通过拍动翅膀,对空气流体的反作用力来产生推动力。研究者发现,其推进效率远远高于目前的人造飞行器。但在实际生活中,昆虫高频扑翅运动飞行的轨迹往往不易捕捉,其飞行时尾迹所产生的流场变化更是难以分析。公告号为CN2581325Y的中国专利公开了一种扑翼装置,它利用弹簧扭曲时产生的阻力和恢复时产生的弹力,使电机轴旋转一周,套筒的偏心运动速率有慢有快,导致仿生翼的拍打更似昆虫飞行时两侧翅膀的振动。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种仿生昆虫飞行流场测量装置,它主要是为了解在对飞行昆虫进行研究时,不能很好的获取昆虫飞行时翅膀所产生的流场的技术问题。为了实现上述的技术特征,本专利技术采用的技术方案是:一种仿生昆虫飞行流场测量装置,它包括槽体和支架体,槽体内设有仿生昆虫,仿生昆虫上设有仿生翅膀,在槽体上方设有高速相机。在槽体内设有示踪粒子层或示踪粒子群。上述槽体内设有支撑杆或支撑丝,仿生昆虫固定设置在支撑杆或支撑丝上。上述支撑杆或支撑丝两端通过固定装置与槽体的槽体壁连接。上述支架体包括底座、以及与底座固定的伸缩杆的一端,伸缩杆另一端端部设有照明灯。上述照明灯为LED灯。上述仿生昆虫包括仿生虫体、仿生翅膀以及仿生翅膀振动驱动装置。上述仿生翅膀振动驱动装置包括柱形磁体、供电单元以及控制芯片,供电单元的输电端与控制芯片的供电端连接,控制芯片的输出端与第一线圈以及第二线圈连接,柱形磁体的一端位于第一线圈和第二线圈之间、另一端穿过仿生虫体并与仿生翅膀连接,柱形磁体与仿生虫体为可活动式连接。上述供电单元为电池。上述柱形磁体为柱形磁铁,柱形磁铁通过转轴与仿生虫体连接。本专利技术所提出的一种仿生昆虫飞行流场测量装置与方法,能高效、简易的获取昆虫飞行时翅膀所产生的流场,克服了目前研究机制的不足,这对于开发和优化飞行推进器有着重要的意义;采用柱形磁体的一端位于第一线圈和第二线圈之间、另一端穿过仿生虫体并与仿生翅膀连接,柱形磁体与仿生虫体为可活动式连接的结构,这种对称性设计能使仿生昆虫在实验的过程中更加稳定,降低不平衡带来的干扰,使其翅膀的运动更接近于真实昆虫的运动,进一步提高仿真的准确性。通过线圈,柱形磁铁,仿生虫体外壳等组合,将虫体的重量、体型做到跟真的昆虫类似,智能芯片控制仿生昆虫模拟真实昆虫飞行时的振翅运动,从而获得精确地尾迹流场,从而获取昆虫飞行时的多样性和微妙复杂的翅膀运动模式,帮助研究者获取高效推进模式,从而指导提高人造飞行器的推进效率。除此之外,目前并没有详尽的研究昆虫飞行尾迹的流场机制,本专利技术填补了该研究领域的空白。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的整体结构示意图;图2为本专利技术中仿生昆虫的结构示意图。具体实施方式如图1所示,一种仿生昆虫飞行流场测量装置,它包括槽体1和支架体7,槽体1内设有仿生昆虫3,仿生昆虫3上设有仿生翅膀9,在槽体1上方设有高速相机8。在槽体1内设有示踪粒子层或示踪粒子群。所述槽体1内设有支撑杆或支撑丝2,仿生昆虫3固定设置在支撑杆或支撑丝2上。所述支撑杆或支撑丝2两端通过固定装置5与槽体1的槽体壁连接。所述支架体7包括底座、以及与底座固定的伸缩杆的一端,伸缩杆另一端端部设有照明灯6。所述照明灯6为LED灯。所述仿生昆虫3包括仿生虫体4、仿生翅膀9以及仿生翅膀振动驱动装置。所述仿生翅膀振动驱动装置包括柱形磁体14、供电单元10以及控制芯片11,供电单元10的输电端与控制芯片11的供电端连接,控制芯片11的输出端与第一线圈12以及第二线圈13连接,柱形磁体14的一端位于第一线圈12和第二线圈13之间、另一端穿过仿生虫体4并与仿生翅膀9连接,柱形磁体14与仿生虫体4为可活动式连接。所述供电单元10为电池。所述柱形磁体14为柱形磁铁,柱形磁铁通过转轴与仿生虫体4连接。具体的,槽内部均匀布撒跟随性良好的PIV示踪粒子群,可选的,采用的PIV示踪粒子是直径为粒径为10μm的油墨粒子,其能较好的悬浮于空气中而不产生沉降,因此具有良好的跟随性,当仿生昆虫的翅膀摆动时带动槽内示踪粒子的运动时,示踪粒子会产生位移,LED照明器固定在圆形槽的正上方,通过伸缩支架与地面连接,伸缩支架7可以调节高度,从而调节LED照明器的高度,保证其提供稳定的连续体光源,照亮整个槽内的示踪粒子。在圆形槽内有一仿生昆虫,其背部穿过一根钢丝,钢丝的两端通过膨胀螺丝固定在圆形槽的边壁上,因此,仿生昆虫悬挂于槽内的中心处,圆形槽的外侧均匀在四周分布有四个CCD相机,本专利技术中的相机采用Mikrotron公司的MC1311型高速摄影机,在1024×512的分辨率下以1000Hz的频率进行倾斜30度角拍摄水槽内示踪粒子的运动,获取的视频导入现有技术中软件VirtualDub中变成图片格式,将两个相邻的图片序列导入MATLAB的子数据库PIVlab中进行互相关分析,从而获得三维流场分布,从而获得仿生昆虫飞行流场。可选的,仿生翅膀9可以选择
技术介绍
中记载的扑翼装置,或者其它现有技术中记载的仿生翅膀。昆虫摆动翅膀是由仿生昆虫体的内部组件实现的,仿生昆虫的内部包括:仿生虫体、仿生虫翅、电池、微型处理器程控芯片、第一线圈、第二线圈、柱形磁铁,在昆虫体轮廓内有第一线圈和上部线圈,其对称分布于昆虫体的两侧。昆虫体的下方设有电池仓,其中装有电池。电池的正负极由导线与微型处理器程控芯片连接,微型处理器程控芯片可只能控制输出不同频率的电流,其输出端分别连接第一线圈和第二线圈,两个线圈的中间设有一个可以摆动的柱形磁铁,柱形磁铁与仿生虫翅相连,当微型处理器程控芯片的输出端输出不同频率电流时,线圈的磁性将使柱形磁铁产生吸引与排斥反应,从而带动仿生虫翅产生上下简谐运动,从而模拟真实昆虫的振翅动作。本文档来自技高网
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一种仿生昆虫飞行流场测量装置

【技术保护点】
一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:它包括槽体(1)和支架体(7),槽体(1)内设有仿生昆虫(3),仿生昆虫(3)上设有仿生翅膀(9),在槽体(1)上方设有高速相机(8)。

【技术特征摘要】
1.一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:它包括槽体(1)和支架体(7),槽体(1)内设有仿生昆虫(3),仿生昆虫(3)上设有仿生翅膀(9),在槽体(1)上方设有高速相机(8)。2.根据权利要求1所述的一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:在槽体(1)内设有示踪粒子层或示踪粒子群。3.根据权利要求1或2所述的一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:所述槽体(1)内设有支撑杆或支撑丝(2),仿生昆虫(3)固定设置在支撑杆或支撑丝(2)上。4.根据权利要求3所述的一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:所述支撑杆或支撑丝(2)两端通过固定装置(5)与槽体(1)的槽体壁连接。5.根据权利要求1所述的一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:所述支架体(7)包括底座、以及与底座固定的伸缩杆的一端,伸缩杆另一端端部设有照明灯(6)。6.根据权利要求5所述的一种仿生昆虫飞行流场测量装置,其特征在于:所述照明灯(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员:余英俊胡晓石小涛吴震尹入成张永年洪亮
申请(专利权)人:三峡大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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