本發(fā)明涉及共軸雙旋翼，具體涉及到一種雙旋翼撞擊生物體損傷機(jī)制的適航測試方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著無人機(jī)快速發(fā)展，無人機(jī)傷人的事件屢見不鮮。無人機(jī)傷人屬于典型的沖擊動(dòng)力學(xué)問題，在現(xiàn)有研究主要集中于研究物體的平移撞擊，涉及一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。但是，在無人機(jī)的共軸雙旋翼撞擊中，共軸雙旋翼存在平移和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，涉及的力學(xué)運(yùn)動(dòng)機(jī)制更復(fù)雜。

2、盡管空氣炮技術(shù)廣泛已經(jīng)廣泛應(yīng)用在沖擊動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的研究中，其可以發(fā)射較大速度范圍內(nèi)的平移物體，但是相關(guān)技術(shù)無法直接應(yīng)用在葉片傷及生物體的研究中，主要難點(diǎn)體現(xiàn)在：1.無人機(jī)平移運(yùn)動(dòng)速度較慢，空氣炮擅長于發(fā)射較高速度的物體，而不擅長發(fā)射較低速度的物體；2.?常規(guī)無人機(jī)體積較大，需要大孔徑空氣炮才能發(fā)射，且需要制作對應(yīng)的彈托，試驗(yàn)成本較高；3.無人機(jī)為不規(guī)則物體，從空氣炮發(fā)射出去后姿態(tài)容易受空氣動(dòng)力學(xué)影響，難以保證旋翼會(huì)撞擊到生物體。

3、因此，有必要設(shè)計(jì)一種雙旋翼撞擊生物體損傷機(jī)制的適航測試方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種雙旋翼撞擊生物體損傷機(jī)制的適航測試方法及裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種雙旋翼撞擊生物體損傷機(jī)制的適航測試方法，包括以下步驟：

3、步驟1，準(zhǔn)備測試裝置：所述測試裝置包括豎直光學(xué)平臺、水平光學(xué)平臺、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、高速攝像機(jī)、若干共軸雙旋翼葉片、若干生物體；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述水平光學(xué)平臺上，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述共軸雙旋翼葉片設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，所述豎直光學(xué)平臺設(shè)置在所述水平光學(xué)平臺上，所述生物體設(shè)置在所述豎直光學(xué)平臺上并位于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的端部，所述高速攝像機(jī)用于拍攝測試圖像；

4、步驟2，進(jìn)行共軸雙旋翼葉片撞擊生物體的測試：所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)共軸雙旋翼葉片轉(zhuǎn)動(dòng)并定義旋轉(zhuǎn)速度為，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)、共軸雙旋翼葉片朝向所述生物體移動(dòng)并定義平移速度為，使得所述共軸雙旋翼葉片撞擊所述生物體，通過所述高速攝像機(jī)拍攝所述共軸雙旋翼葉片撞擊所述生物體的測試圖像；更換所述共軸雙旋翼葉片和所述所示生物體，在不同的和下，重復(fù)進(jìn)行共軸雙旋翼葉片撞擊生物體的測試；

5、步驟3，查看在不同的旋轉(zhuǎn)速度和平移速度下的測試圖像，所述共軸雙旋翼葉片是否存在“被阻擋-屈曲-斷裂”的過程；若所述共軸雙旋翼葉片存在斷裂的情況，收集所述共軸雙旋翼葉片的斷片，觀測斷片的微觀斷口形貌并分析不同的旋轉(zhuǎn)速度和平移速度下微觀斷口形貌的區(qū)別；

6、步驟4，觀測所述生物體表面受損傷程度，基于葉片撞擊生物體的理論公式，分析多因素耦合條件下共軸雙旋翼葉片撞擊生物體的損傷機(jī)制。

7、進(jìn)一步的，在所述步驟1中，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)操縱箱、螺紋桿、滑塊、導(dǎo)軌，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)和導(dǎo)軌設(shè)置所述水平光學(xué)平臺上，所述驅(qū)動(dòng)操縱箱用于操縱所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述螺紋桿轉(zhuǎn)動(dòng)，所述滑塊與所述螺紋桿螺紋連接并沿所述導(dǎo)軌活動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置在所述滑塊上。

8、進(jìn)一步的，在所述步驟1中，

9、所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)和所述滑塊之間設(shè)置有連接件并通過所述連接件連接，所述水平光學(xué)平臺上設(shè)置有固定夾具，所述固定夾具用于夾持所述導(dǎo)軌；

10、通過測量所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)底端和所述滑塊上端的形狀和尺寸來設(shè)計(jì)所述連接件；通過測量所述導(dǎo)軌寬度和所述水平光學(xué)平臺開孔之間的距離來設(shè)計(jì)所述固定夾具；

11、繪制已設(shè)計(jì)好的所述連接件和固定夾具的三維圖，通過3d打印技術(shù)將三維圖打印出實(shí)體，得到所述連接件和固定夾具。

12、進(jìn)一步的，在所述步驟3中，基于空氣動(dòng)力學(xué)原理，共軸雙旋翼葉片為曲面，使得斷片的斷口也是曲面；選取斷口的投影面積作為表征參量，將斷片的斷口平放在白紙上，用鉛筆描繪出斷口的投影形狀，最后可測量出投影面積，建立與、之間的多維度關(guān)系。

13、進(jìn)一步的，在所述步驟4中，

14、在不同的和下，共軸雙旋翼葉片對生物體表面的損傷程度不同，損傷程度存在兩種情況：共軸雙旋翼葉片與生物體表面發(fā)生摩擦并在生物體表面殘留下滑痕，或者共軸雙旋翼葉片在生物體表面劃開和刺入；

15、若共軸雙旋翼葉片與生物體表面發(fā)生摩擦并在生物體表面殘留下滑痕；定義滑痕長度為，滑痕寬度為，建立、與、之間的多維度關(guān)系；

16、若共軸雙旋翼葉片在生物體表面劃開和刺入；定義刺入長度為和刺入深度，建立、與、之間的多維度關(guān)系；

17、綜合、兩種自變量與、、、四種因變量，以得到8種曲線并繪制包線，在所設(shè)定的速度范圍內(nèi)，計(jì)算、中對生物體損傷的影響較大的參量。

18、進(jìn)一步的，在所述步驟4中，所述葉片撞擊生物體的理論公式具體包括：

19、當(dāng)共軸雙旋翼葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，共軸雙旋翼葉片中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，將應(yīng)力波在葉片中的傳播簡化為一維的彈性波動(dòng)方程，表示為：

20、；

21、；

22、其中，為波速，為彈性模量，為密度，為位移，為時(shí)間；

23、塑性波速公式表示為：

24、；

25、其中，是應(yīng)力，是應(yīng)變；

26、當(dāng)共軸雙旋翼葉片撞擊生物體后，存在共軸雙旋翼葉片發(fā)生屈曲的情況，其中，屈曲用理論方程表示為：

27、；

28、其中，為彎曲剛度，為撓度，為沖擊壓力，為葉片長度；

29、當(dāng)或較大時(shí)，存在共軸雙旋翼葉片發(fā)生斷裂的情況，共軸雙旋翼葉片的斷裂過程與共軸雙旋翼葉片材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子相關(guān)，即：

30、；

31、其中，為幾何因子，為遠(yuǎn)場應(yīng)力，為裂紋長度。

32、本發(fā)明還提供了一種雙旋翼撞擊生物體損傷機(jī)制的適航測試裝置，包括豎直光學(xué)平臺、水平光學(xué)平臺、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、高速攝像機(jī)、若干共軸雙旋翼葉片、若干生物體；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述水平光學(xué)平臺上，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，所述共軸雙旋翼葉片設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，所述豎直光學(xué)平臺設(shè)置在所述水平光學(xué)平臺上，所述生物體設(shè)置在所述豎直光學(xué)平臺上并位于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)的端部，所述高速攝像機(jī)用于拍攝測試圖像。

33、進(jìn)一步的，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)操縱箱、螺紋桿、滑塊、導(dǎo)軌，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)和導(dǎo)軌設(shè)置所述水平光學(xué)平臺上，所述驅(qū)動(dòng)操縱箱用于操縱所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述螺紋桿轉(zhuǎn)動(dòng)，所述滑塊與所述螺紋桿螺紋連接并沿所述導(dǎo)軌活動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置在所述滑塊上。

34、進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)和所述滑塊之間設(shè)置有連接件并通過所述連接件連接，所述水平光學(xué)平臺上設(shè)置有固定夾具，所述固定夾具用于夾持所述導(dǎo)軌。

35、進(jìn)一步的，還包括藍(lán)牙加速度計(jì)和若干光源，所述藍(lán)牙加速度計(jì)設(shè)置在所述滑塊上，所述光源用于照亮測試環(huán)境。

36、由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的雙旋翼撞擊生物體損傷機(jī)制的適航測試方法及裝置至少包括以下有益效果之一：

37、1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)共軸雙旋翼葉片的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過觀測所述生物體表面受損傷程度，可以研究多因素耦合下的共軸雙旋翼撞擊生物體的損傷機(jī)制；

38、2.本發(fā)明發(fā)展了共軸雙旋翼撞擊生物體損傷的測試方法，可定量評估平移速度和旋轉(zhuǎn)速度對損傷機(jī)制的影響，可有效支撐無人機(jī)旋翼安全設(shè)計(jì)，可以為無人機(jī)避障功能提供原始數(shù)據(jù)，有利于無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的改進(jìn)；

39、3.?本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下共軸雙旋翼葉片的平移運(yùn)動(dòng)的低速穩(wěn)定控制，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋桿再驅(qū)動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌移動(dòng)，即可產(chǎn)生低速穩(wěn)定的平移運(yùn)動(dòng)。