產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模型制造技術

一種產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模型， 該模型由5個部分，即左前翅、左后翅、右前翅、右后翅和軀干組 成，左、右翅形狀沿軀干對稱；模型的前緣部分，是半徑約為90mm 的一段圓弧，模型前翅的側邊，與中線之間的夾角為10°，它的形 狀類似蝴蝶側邊的細小鋸齒形；模型的后翅邊緣，它的形狀類似蝴 蝶后翅的大鋸齒形，蝴蝶后翼面的長尾，它的形狀類似水滴形。該 模型對于蝴蝶類仿生無人飛行器繞流結構的實驗研究和開發利用具 有實用的價值和重要的意義。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模型(一)
本技術涉及一種仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模型，尤其涉 及一種產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模型及其 制作方法，屬于航空無人飛行器
(二)
技術介紹
— 微型無人飛行器的研究因其在軍事偵察等方面的應用前景以及在空氣動力學研究上所蘊含的巨大學術價值，近年來在國內外引起 廣泛重視。另外，昆蟲因其飛行性能的高效性，對其氣動性能的研 究一直受到人們的關注。本設計利用一種具有長途遷徙能力的蝴蝶， 對其氣動外形進行優化，得到模擬蝴蝶滑翔特性的微型無人飛行器 實驗模型。在實驗過程中發現，在一定迎角范圍內該模型前緣處形 成具有一定弧度并與前緣平行的對稱倒八字型前緣渦結構。類似的前緣渦在三角翼的實驗中已被人們發現，研究表明該前 緣渦是由機翼前緣分離產生的自由剪切層巻起形成的，在前緣渦渦 核內軸向速度分布基本是對稱的，其最大值是自由來流速度的4到5 倍。這個很大的軸向速度導致渦核內低壓的產生，這就是三角翼渦 升力產生的原因。本文中的無人飛行器實驗模型希望利用自然界中 相對翼展較大、飛行頻率較低并具有長途遷徙特性的蝴蝶外形進行優化，運用仿生原理得到一種能產生類似于三角翼前緣渦結構的實 驗模型。實驗中發現，該模型能產生具有一定弧度并與前緣平行的 倒八字型前緣渦結構，這在前人的研究文獻中沒有提起過，是一種 新的前緣渦結構。
技術實現思路
1、 目的模擬長途遷徙蝴蝶滑翔性能，設計仿蝴蝶滑翔的實驗模型，用 于仿生無人飛行器繞流結構的實驗研究和開發利用。2、 技術方案本模型設計選用天堂鳥翼鳳蝶這種具有長途遷徙特性的蝴蝶，并 對其外形進行優化，得到用于加工的蝴蝶模型外形輪廓圖。本技術一種產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行 器實驗模型，如圖1所示，模型由5個部分組成I——左前翅、 II——左后翅、III——右前翅、IV——右后翅、V——軀干。左、 右前翅，左、右后翅的形狀沿軀干對稱；模型的設計展長為200mm， 模型的前緣部分A，是半徑為90mm的一段圓弧，模型左前翅、右前 翅的側邊B，與中線之間的夾角為10° ，它的形狀類似蝴蝶側邊的 細小鋸齒；模型的左后翅、右后翅邊緣C，它的形狀類似蝴蝶后翅的 大鋸齒形，模型中后翼面的長尾D，它的形狀類似水滴形；由于該模型的設計目的在于研究長途遷徙蝴蝶滑翔時翅膀形狀 對繞流特性的影響，所以忽略蝴蝶的三維結構和翅膀的柔性問題， 利用軀干部分直接將模型的四片翅連接到一起，所得模型為圖1所 示的2mm鋁板結構。一種產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模 型的制作方法，其具體步驟如下 1:提取蝴蝶輪廓通過尋找到的天堂鳥翼鳳蝶的俯視照片(圖2)，第一步是從照片 中提取出蝴蝶的輪廓。提取的過程使用以下MATLAB命令 %stepl.m提取蝴蝶邊界并保存 = uigetfile('pick a photo') ; %讀入彩色圖片 I_photo=rgb2gray(imread()); 。/o轉換為灰度圖片 I—edge=edge(I_photo); %識別圖片邊緣imwrite(1—edge，); %《呆存輪廓圖片上述程序運行后，將在與原始圖片相同的目錄下，保存一副如圖 3所示的蝴蝶輪廓圖片2:對蝴蝶輪廓圖片的修整如圖3所示，在對天堂鳥翼鳳蝶圖片提取輪廓時，圖片中蝴蝶翼 面上花紋的輪廓也被保留下來，圖片中多余以及不連續的線條需要 通過以下方式進行修正1) 利用圖像處理軟件去除圖片內部多余的輪廓，只留下圖片最外側 輪廓邊緣線；2) 把圖片外輪廓線間斷的部分連接起來；3) 為了滿足對稱性的要求，去除l/2的輪廓，修整后的結果如圖4 所示；4) 利用鏡像命令得到對稱、連續的蝴蝶邊緣輪廓圖(如圖1所示)。3:讀取圖片輪廓的坐標通過以上步驟對圖片的處理得到天堂鳥翼鳳蝶對稱的邊緣輪廓 圖，為了進一步得到可用于線切割加工的CAD圖，需要讀取輪廓圖 中各點的坐標，使用以下MATLAB程序即可實現這一目的。該程序 運行前，輸入上一步中修整好的圖4;程序自動輸出名為"output.doc" 的文件，其中保存的數值即為蝴蝶輪廓坐標值。% step—3把輪廓圖片轉化為邊界坐標clearclc = uigetfile("，'pick the image of the edge') ; %讀入人工修整的輪廓圖片I-imread(); %轉換為灰度圖片x_start=132; y—start=223; x_end=301;y_end=233; %指定判讀的起點和終點=size(I); °/。去除L型的組合for i=l:mfor j=l:nifI(i,j)==l&&I(i+l，j)==l&&I(i，j+l)i(i,j)=o;elseif I(i,j)==l &&I(i+1 ，j)==l &&I(i,j-1) l(i，j)=0;elseif I(i j)== 1 &&I(i-1 ，j )== 1 &&I(i，j -1) I(U)=0;elseif I(i，j)== 1 &&I(i-1 ,j)== 1 &&I(i」+1) l(i，j)=0;endend end %for i=2:m-l %去除孤立的點 for j=2:n-lifl(i,j)==lif sum(sum(I(i-l:i+l丄l:j+l)))〈3 if ~(i==x_start&&j==y_start) if ~(i==x—end&&j==y_end)i(i,j)=o;Endendendendend end %x=x start;y=y_start; °/。保存輸出變量 i=l;while (x(end)-x—end )A2+(y(end)-y—end)A2 >=1 %判讀終止的條件是 當前點與判讀終點的距離小于閾值mask—x=; mask_y=;count=0; sum—x=0; sum—y=0; forj=l:8I(mask—x(j)，mask_y(j)); if I(mask—x(j)，mask_y(j)) == 1; sum_x=sum—x+mask_x(j); sum_y=sum_y+mask_y(j); count=count+l;endend i=i+l;x(i)=round(sum_x/count);y(i)=round(sum_y/count); %把方框內的均值作為下一個邊界點%以當前點為中心，3*3的方框I(x(i-1)-1 :x(i-1)+1 ,y(i-1)-1 :y(i-1)+1 )=0; %清除方框內部的點endx=smooth(x); y=smooth(y); plot(x,y,'.')csvwrite('output.doc',) %車俞出結果 4:將該坐標輸入AutoCAD軟件，即可繪出蝴蝶的平面形狀(圖1)， 可直接輸入到加工中心，對2mm的鋁板進行線切割加工，得到仿蝴 蝶滑翔無人飛行器實驗模型。仿蝴蝶實驗模型繞流特性實驗該仿蝴蝶模型的流動顯示實驗在北京航空航天大學水槽本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種產生倒八字型前緣渦的仿蝴蝶滑翔無人飛行器實驗模型，其特征在于：該模型由５個部分，即左前翅、左后翅、右前翅、右后翅和軀干組成，左、右前翅，左、右后翅的形狀沿軀干對稱；模型的設計展長為２００ｍｍ，模型的前緣部分Ａ，是半徑為９０ｍｍ的一段圓弧，模型左前翅、右前翅的側邊Ｂ，與中線之間的夾角為１０°，它的形狀類似蝴蝶側邊的細小鋸齒形；模型的左后翅、右后翅邊緣Ｃ，它的形狀類似蝴蝶后翅的大鋸齒形，模型中后翼面的長尾Ｄ，它的形狀類似水滴形。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王晉軍，胡燁，張攀峰，張草，
申請(專利權)人：王晉軍，胡燁，張攀峰，張草，
類型：實用新型
國別省市：11