产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模型制造技术

一种产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模型， 该模型由5个部分，即左前翅、左后翅、右前翅、右后翅和躯干组 成，左、右翅形状沿躯干对称；模型的前缘部分，是半径约为90mm 的一段圆弧，模型前翅的侧边，与中线之间的夹角为10°，它的形 状类似蝴蝶侧边的细小锯齿形；模型的后翅边缘，它的形状类似蝴 蝶后翅的大锯齿形，蝴蝶后翼面的长尾，它的形状类似水滴形。该 模型对于蝴蝶类仿生无人飞行器绕流结构的实验研究和开发利用具 有实用的价值和重要的意义。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模型(一)
本技术涉及一种仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模型，尤其涉 及一种产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模型及其 制作方法，属于航空无人飞行器
(二)
技术介绍
— 微型无人飞行器的研究因其在军事侦察等方面的应用前景以及在空气动力学研究上所蕴含的巨大学术价值，近年来在国内外引起 广泛重视。另外，昆虫因其飞行性能的高效性，对其气动性能的研 究一直受到人们的关注。本设计利用一种具有长途迁徙能力的蝴蝶， 对其气动外形进行优化，得到模拟蝴蝶滑翔特性的微型无人飞行器 实验模型。在实验过程中发现，在一定迎角范围内该模型前缘处形 成具有一定弧度并与前缘平行的对称倒八字型前缘涡结构。类似的前缘涡在三角翼的实验中已被人们发现，研究表明该前 缘涡是由机翼前缘分离产生的自由剪切层巻起形成的，在前缘涡涡 核内轴向速度分布基本是对称的，其最大值是自由来流速度的4到5 倍。这个很大的轴向速度导致涡核内低压的产生，这就是三角翼涡 升力产生的原因。本文中的无人飞行器实验模型希望利用自然界中 相对翼展较大、飞行频率较低并具有长途迁徙特性的蝴蝶外形进行优化，运用仿生原理得到一种能产生类似于三角翼前缘涡结构的实 验模型。实验中发现，该模型能产生具有一定弧度并与前缘平行的 倒八字型前缘涡结构，这在前人的研究文献中没有提起过，是一种 新的前缘涡结构。
技术实现思路
1、 目的模拟长途迁徙蝴蝶滑翔性能，设计仿蝴蝶滑翔的实验模型，用 于仿生无人飞行器绕流结构的实验研究和开发利用。2、 技术方案本模型设计选用天堂鸟翼凤蝶这种具有长途迁徙特性的蝴蝶，并 对其外形进行优化，得到用于加工的蝴蝶模型外形轮廓图。本技术一种产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行 器实验模型，如图1所示，模型由5个部分组成I——左前翅、 II——左后翅、III——右前翅、IV——右后翅、V——躯干。左、 右前翅，左、右后翅的形状沿躯干对称；模型的设计展长为200mm， 模型的前缘部分A，是半径为90mm的一段圆弧，模型左前翅、右前 翅的侧边B，与中线之间的夹角为10° ，它的形状类似蝴蝶侧边的 细小锯齿；模型的左后翅、右后翅边缘C，它的形状类似蝴蝶后翅的 大锯齿形，模型中后翼面的长尾D，它的形状类似水滴形；由于该模型的设计目的在于研究长途迁徙蝴蝶滑翔时翅膀形状 对绕流特性的影响，所以忽略蝴蝶的三维结构和翅膀的柔性问题， 利用躯干部分直接将模型的四片翅连接到一起，所得模型为图1所 示的2mm铝板结构。一种产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模 型的制作方法，其具体步骤如下 1:提取蝴蝶轮廓通过寻找到的天堂鸟翼凤蝶的俯视照片(图2)，第一步是从照片 中提取出蝴蝶的轮廓。提取的过程使用以下MATLAB命令 %stepl.m提取蝴蝶边界并保存 = uigetfile('pick a photo') ; %读入彩色图片 I_photo=rgb2gray(imread()); 。/o转换为灰度图片 I—edge=edge(I_photo); %识别图片边缘imwrite(1—edge，); %《呆存轮廓图片上述程序运行后，将在与原始图片相同的目录下，保存一副如图 3所示的蝴蝶轮廓图片2:对蝴蝶轮廓图片的修整如图3所示，在对天堂鸟翼凤蝶图片提取轮廓时，图片中蝴蝶翼 面上花纹的轮廓也被保留下来，图片中多余以及不连续的线条需要 通过以下方式进行修正1) 利用图像处理软件去除图片内部多余的轮廓，只留下图片最外侧 轮廓边缘线；2) 把图片外轮廓线间断的部分连接起来；3) 为了满足对称性的要求，去除l/2的轮廓，修整后的结果如图4 所示；4) 利用镜像命令得到对称、连续的蝴蝶边缘轮廓图(如图1所示)。3:读取图片轮廓的坐标通过以上步骤对图片的处理得到天堂鸟翼凤蝶对称的边缘轮廓 图，为了进一步得到可用于线切割加工的CAD图，需要读取轮廓图 中各点的坐标，使用以下MATLAB程序即可实现这一目的。该程序 运行前，输入上一步中修整好的图4;程序自动输出名为"output.doc" 的文件，其中保存的数值即为蝴蝶轮廓坐标值。% step—3把轮廓图片转化为边界坐标clearclc = uigetfile("，'pick the image of the edge') ; %读入人工修整的轮廓图片I-imread(); %转换为灰度图片x_start=132; y—start=223; x_end=301;y_end=233; %指定判读的起点和终点=size(I); °/。去除L型的组合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 %去除孤立的点 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; °/。保存输出变量 i=l;while (x(end)-x—end )A2+(y(end)-y—end)A2 >=1 %判读终止的条件是 当前点与判读终点的距离小于阈值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); %把方框内的均值作为下一个边界点%以当前点为中心，3*3的方框I(x(i-1)-1 :x(i-1)+1 ,y(i-1)-1 :y(i-1)+1 )=0; %清除方框内部的点endx=smooth(x); y=smooth(y); plot(x,y,'.')csvwrite('output.doc',) %车俞出结果 4:将该坐标输入AutoCAD软件，即可绘出蝴蝶的平面形状(图1)， 可直接输入到加工中心，对2mm的铝板进行线切割加工，得到仿蝴 蝶滑翔无人飞行器实验模型。仿蝴蝶实验模型绕流特性实验该仿蝴蝶模型的流动显示实验在北京航空航天大学水槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生倒八字型前缘涡的仿蝴蝶滑翔无人飞行器实验模型，其特征在于：该模型由５个部分，即左前翅、左后翅、右前翅、右后翅和躯干组成，左、右前翅，左、右后翅的形状沿躯干对称；模型的设计展长为２００ｍｍ，模型的前缘部分Ａ，是半径为９０ｍｍ的一段圆弧，模型左前翅、右前翅的侧边Ｂ，与中线之间的夹角为１０°，它的形状类似蝴蝶侧边的细小锯齿形；模型的左后翅、右后翅边缘Ｃ，它的形状类似蝴蝶后翅的大锯齿形，模型中后翼面的长尾Ｄ，它的形状类似水滴形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晋军，胡烨，张攀峰，张草，
申请(专利权)人：王晋军，胡烨，张攀峰，张草，
类型：实用新型
国别省市：11