CN101492094A - 一种能够单向弯曲的微型扑翼机的扑翼 - Google Patents

Abstract

本发明是一种能够单向弯曲的微型扑翼，由展向梁(3)和支撑筋(6)构成扑翼的骨架与机身(5)连接。展向梁中部被断开为两段，并在展向梁断开处的下表面固定有可弯曲但不可拉伸的连接片(4)，在该处上表面固定有可伸缩的弹性材料(2)，并且该弹性材料的两端固定在展向梁的上表面。当扑翼向上扑时，展向梁承受向上的弯矩，由于在展向梁的下表面固定有可弯曲但不可伸缩的连接片，展向梁呈刚性，扑翼全部打开，整体向上扑动；当扑翼向下扑时，展向梁承受向下的弯矩，由于在展向梁的上表面固定有可伸缩的弹性材料，扑翼外端则向下弯曲，克服了现有技术中存在的扑翼结构不能随着扑翼上下运动方向的不同而做调整，使得扑翼运动阻力增加不足的缺陷。

Description

一种能够单向弯曲的微型扑翼机的扑翼

一、技术领域

本发明涉及航空领域中微型扑翼飞行器，具体是一种能够单向弯曲的微型扑翼。

二、背景技术

在现代飞行器的发展种类中，微型飞行器以其隐身性能好、携带方便、机动灵活等特点受到了国内外的广泛关注。从空气动力学的角度出发，微型飞行器遵从自然界鸟类和昆虫的进化法则，即当飞行器的尺寸小到一定程度时，不能按照常规飞行器那样采用固定的机翼获得升力(因为固定翼的尺寸越小，空气动力学的雷诺数越低，气动效率越低)，固定机翼的升力不能足以克服飞行器的重量，所以，微型飞行器需要采用扑动翼的方式，而且如同鸟类和昆虫那样，飞行器的尺寸越小，扑翼需要扑动得越快。从飞行机动性的角度和背景需求分析角度来讲，扑翼飞行器可以实现更加灵活的飞行动作，因此，扑翼飞行器成为国内外研究的一个重要方向。

对于扑翼飞行器而言，扑翼的上下扑动动作提供的主要是飞行器的推力，而飞行器的升力主要依靠机翼的平均迎角和弯度。从当前国内外扑翼飞行器的扑翼结构多采用硬式结构，其扑翼由骨架加薄膜组成，当扑翼作上下扑动时，扑翼除结构的弹性变形外，没有因为上下运动方向的不同而有任何调整。但是，自然界中鸟类翅膀在上下运动时，翅膀向上运动时是折起来的形式，向下运动时是展开的形式，这样，翅膀向上运动时，受到的运动阻力小(为了区别传统飞行器阻力的定义，将扑翼扑动时由于上下运动而形成的上下方向阻力为运动阻力，向上运动时，运动阻力与重力同方向，相当于增加了重力，对飞行是不利的)，翅膀向下运动时，运动阻力实际上增加了升力，所以，鸟类翅膀上下运动时的运动阻力是不对称的，平均升力会比硬式结构的翅膀大。然而，在人造飞行器中，要实现鸟类翅膀那样上下运动时的折起和展开是当前制造技术无法达到的，即使设计出这样的自适应结构，其重量代价也是微型飞行器无法承受的。正因为这样，目前微型扑翼飞行器的扑翼采用的都是硬式结构。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的扑翼结构不能随着扑翼上下运动方向的不同而做调整，使得扑翼运动阻力增加的不足，本发明提出了一种能够单向弯曲的微型扑翼。

本发明为微型扑翼机的扑翼，包括扑翼的展向梁、支撑筋和蒙皮，并由展向梁和支撑筋构成扑翼的骨架；扑翼通过多根展向梁与机身连接。本发明的特征在于，与机身连接的扑翼的展向梁被断开为左右两段，并在该展向梁的下表面固定一片可弯曲但不可拉伸的连接片，而在该展向梁断开处的上表面固定一可伸缩的弹性材料，并且该弹性材料的两端固定在展向梁的上表面。当扑翼向上扑时，展向梁承受向上的弯矩，由于在展向梁的下表面固定有可弯曲但不可伸缩的连接片，展向梁呈刚性，扑翼全部打开，整体向上扑动；当扑翼向下扑时，展向梁承受向下的弯矩，由于在展向梁的上表面固定有可伸缩的弹性材料，扑翼外端则向下弯曲。

本发明所采用的技术方案能够模仿鸟类飞翔时翅膀的运动模式，使扑翼在向下扑动时，由于展向梁是刚硬，扑翼全部展开，从而获得有利的升力；而当扑翼向上运动时，由于外侧扑翼的空气运动阻力，扑翼会折起，从而减小扑翼向上运动时的阻力，达到提高扑翼气动效率的作用。

四、附图说明

附图1是扑翼展向梁的结构示意图；

附图2是当扑翼向下扑动时展向梁的运动状态示意图；

附图3是当扑翼向上扑动时展向梁的运动状态示意图；

附图4是扑翼示意图；

附图5是扑翼向上扑动时的后视图；

附图6是扑翼向下扑动时的后视图。其中：

1.固定点    2.弹性材料    3.展向梁    4.连接片    5.机身6.支撑筋  7.蒙皮    8.展向梁断开处

五、具体实施方式

实施例一

本实施例是用于某微型扑翼机的一种能够单向弯曲的微型扑翼，包括三根扑翼展向梁3、四根支撑筋6和蒙皮7。

本实施例中，由三根长短不同的矩形扑翼展向梁3和四根支撑筋6构成扑翼的骨架，具体方法是，将三根扑翼展向梁3分布在扑翼弦向的前部至中部，并与机身5连接；扑翼展向梁3中部被断开为两段，并在该展向梁3的下表面固定一片皮革作为连接片4，在该展向梁断开处的上表面有一片橡皮作为弹性材料2，并且以该弹性材料2的两端作为固定点1，粘贴在展向梁3的上表面；粘贴在展向梁上表面的橡皮连接片4和下表面皮革弹性材料2的长度应满足扑翼扑动时的变形要求；三根扑翼的展向梁3断开处应在同一切面上，以保证扑翼顺利弯曲。四根支撑筋6沿扑翼展向梁3分布，并且该支撑筋的方向基本同扑翼弦向；将蒙皮7覆在扑翼展向梁3和支撑筋6上，并且扑翼后缘不设展向梁，由支撑筋6和蒙皮7构成扑翼的柔性后缘。当扑翼向下扑时，展向梁3承受向上的弯矩，由于在展向梁的下表面固定有不可伸缩的皮革连接片4，展向梁呈刚性，扑翼全部打开；当扑翼向上扑时，展向梁3承受向下的弯矩，由于在展向梁的上表面固定有可伸缩的橡皮弹性材料2，扑翼外端则向下弯曲。

实施例二

本实施例是用于某微型扑翼机的一种能够单向弯曲的微型扑翼，包括扑翼、两根扑翼展向梁、三根支撑筋和蒙皮。

本实施例中，由两根长短不同的矩形扑翼展向梁和四根支撑筋构成扑翼的骨架，具体方法是，将两根扑翼展向梁分布在扑翼弦向的前部和中部，并与机身连接；

扑翼展向梁3中部被断开为两段，并在该展向梁3的下表面固定一金属铰链作为连接片4，在该展向梁断开处的上表面固定一根弹簧作为弹性材料2，并且以该弹性材料2的两端作为固定点1，固定在展向梁3的上表面；展向梁上表面的弹簧的长度应满足扑翼扑动时的变形要求；二根扑翼的展向梁3断开处应在同一切面上，以保证扑翼顺利弯曲。三根支撑筋6沿扑翼展向梁3分布，并且该支撑筋的方向基本同扑翼弦向；将蒙皮7覆在扑翼展向梁3和支撑筋6上，并且扑翼后缘不设展向梁，由支撑筋6和蒙皮7构成扑翼的柔性后缘。当扑翼向下扑时，展向梁3承受向上的弯矩，由于在展向梁的下表面固定有不可伸缩的金属铰链连接片4，展向梁呈刚性，扑翼全部打开；当扑翼向上扑时，展向梁3承受向下的弯矩，由于在展向梁的上表面固定有可伸缩的弹簧弹性材料2，扑翼外端则向下弯曲。

由于上述实施例所采用的技术方案能够模仿鸟类飞翔时翅膀的运动模式，使扑翼机扑翼在向下扑动时，扑翼全部展开，从而获得有利的升力；而当扑翼向上运动时，扑翼会折起，从而减小扑翼向上运动时的阻力，达到提高扑翼气动效率的作用。

Claims (4)

1.一种能够单向弯曲的微型扑翼，包括多根扑翼的展向梁(3)、多根支撑筋(6)和柔性蒙皮(7)，由展向梁(3)和支撑筋(6)构成扑翼的骨架，并通过展向梁(3)与机身(5)连接，其特征在于，扑翼的展向梁(3)被断开为左右两段，并在该展向梁断开处的下表面固定有可弯曲但不可伸缩的连接片(4)，在该展向梁断开处的上表面固定可伸缩的弹性材料(2)。

2.如权利要求1所述一种能够单向弯曲的微型扑翼，其特征在于所述的扑翼由支撑筋(6)和蒙皮(7)构成扑翼的柔性后缘。

3.如权利要求1所述一种用于微型飞机的扑翼，其特征在于所述的多根展向梁(3)的梁断开处应在同一切面上。

4.如权利要求1所述一种能够单向弯曲的微型扑翼，其特征在于弹性材料(2)通过其两端的固定点(1)固定在展向梁断开处的上表面。

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