[发明专利]一种小型鸟类或昆虫迁徙习性研究的风洞实验系统

说明书

本发明公开了一种小型鸟类或昆虫迁徙习性研究的风洞实验系统，包括回流式低速风洞洞体、风洞支撑装置、多功能环境模拟装置、性能参数测量装置，所述回流式低速风洞洞体为水平设置的环形人工气流管道；所述回流式低速风洞洞体安装在所述风洞支撑装置上，风洞支撑装置用于改变所述回流式低速风洞轴线平面与水平方向倾角，多功能环境模拟装置模拟环境，本发明提供一种用于鸟类或昆虫等飞行生物迁徙性能研究的风洞实验装置，对飞行生物在风洞人工气流中开展气动力、非接触式流场定量测量以及能量消耗等特性参数测试；本发明装置占地面积小、操作简单、科学便利、针对性强、气流湍流度低、可精确调节实验段流速、雨量及光强等模拟条件。

技术领域

本发明涉及一种小型鸟类或昆虫迁徙习性研究的风洞实验系统。

背景技术

鸟类或昆虫迁徙性能对研究飞行生物的形态学和新陈代谢等具有重要意义，同时如何选择最优飞行方案和策略对仿生微型飞行器的设计也有很强的指导和启发作用；目前科学家通常在自然条件下利用放置在飞行生物体上的传感器等仪器对相关性能进行观测和分析，虽然有力的推动了相关方向的研究，但存在诸如不可重复性测量、在特定自然条件下长时间测量以及无法在飞行生物体上安置大型测量仪器等不足。

风洞即风洞实验室，利用相对运动原理，将飞行生物系留或自由悬停在可以产生可控来流风速的实验段内，进而使用高速相机记录器详细飞行姿态变化，使用粒子图像测速技术进行流场参数测量，从而得到飞行气动力以及能耗等相关飞行性能参数，进一步用来分析飞行生物的迁徙习性；风洞气流容易控制和操纵，可进行反复吹风重复实验，“相对静止”飞行利于使用测量设备进行数据采集，同时还可任意改变稳定段内的湿度、光照等外界自然环境条件研究相应的影响规律，开展迁徙飞行过程中产生的能量消耗，蛋白质周转，水平衡等特性变化。

总的来说，风洞作为鸟类或昆虫迁徙习性研究的实验装置，具有以下优点：(1)气流便于控制和操纵，飞行生物相对静止便于开展精细测量；(2)可开展重复实验；(3)实验成本相较野外测量要低，不受自然环境影响；(4)方便在室内人工饲养飞行生物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风洞实验系统，该风洞实验系统为小型鸟类或昆虫等飞行生物迁徙飞行性能研究提供了人工气流以及多种不同自然条件的环境，气流角可随飞行生物实际飞行攻角进行调整，针对性强、应用范围广、操作简便，适用于不同条件的环境模拟测试。

凡是能在本发明实验段飞行的鸟类或昆虫，都属于本发明所述的“小型”，例如，可将实验段尺寸设置为0.5m×0.5m×1.8m。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：一种小型鸟类或昆虫迁徙习性研究的风洞实验系统，所述风洞实验系统包括回流式低速风洞洞体、风洞支撑装置、多功能环境模拟装置、性能参数测量装置，所述回流式低速风洞洞体为水平设置的环形人工气流管道，包括依次首尾连接的稳定段、收缩段、实验段、第一扩散段、第一拐角、第二扩散段、第二拐角、转接段、动力段、第三扩散段、第三拐角、流通段、第四拐角；所述回流式低速风洞洞体安装在所述风洞支撑装置上，风洞支撑装置用于改变所述回流式低速风洞轴线平面与水平方向倾角，由底座和倾转平台组成；所述倾转平台中部铰接于底座，倾转平台的一端与液压升降装置相连；倾转平台上固定角度仪器；

所述多功能环境模拟装置位于所述实验段处，至少包括淋雨模拟装置、可调光强照射装置和喂食装置中的一种，所述淋雨模拟装置模拟产生不同雨量，所述可调光强照射装置模拟产生不同光强；所述喂食装置为飞行生物注射喂食；

所述回流式低速风洞中的均匀人工气流通过设置在动力段内的风机产生；所述稳定段内设有蜂窝器和阻尼网，所述第一拐角、第二拐角、第三拐角、第四拐角内均有一组导流片；

性能参数测量装置由高速相机图像采集系统、粒子图像测速系统(PIV)组成；高速相机图像采集系统包括位于实验段中，且位于不同位置的两台高速摄像机，拍摄两个不同角度的飞行姿态视频；粒子图像测速系统用于获得实验段的速度场分布。