CN104354861A - 一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，属航空技术领域，主要由机身、尾部螺旋桨、左扑翼装置、右扑翼装置、操控系统、遥控装置和起落架组成。左扑翼装置和右扑翼装置结构、参数及工作原理都相同并对称布置于机身的左右两侧。右扑翼装置包括发动机、减速器、主轴和均匀分布在主轴周围的两个、三个或四个结构相同的转翼器。每个转翼器包括转臂、伺服电机总成和翼片。翼片是矩形刚性平板。右扑翼装置处于过主轴的纵向竖直面的右边的翼片始终处于水平状态下扑，处于过主轴的纵向竖直面的左边的翼片始终处于与转臂垂直的状态上扬。该飞行器效率高且机动性强，适用于航拍、地理测量、交通执勤、军事侦查和抢险救灾等多种任务。

Description

一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器

技术领域

一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，属航空技术领域，尤其涉及一种扑翼飞行器。

背景技术

传统的扑翼机靠翼片的上下煽动来产生升力，翼片上扬时阻力较大，效率较低，能产生的升力有限，很难实现重载飞行；专利号为ZL200910073435.8的中国专利公开的一种结构较复杂的靠扑翼提升机构使扑翼片复位的扑翼升力生成装置，虽然效率较传统扑翼高些，但翼片下扑过程中，只有中间位置翼片处于水平位置，其它时候翼片与水平面都存在一个夹角，越离开中间位置夹角越大，产生的升力是翼片作用力的竖直方向的分量，水平方向的分量成了损耗，产生升力的效率有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有扑翼机的上述不足，发明一种结构简单的效率更高的带伺服电机的平板类扑翼飞行器。

一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，主要由机身、尾部螺旋桨、左扑翼装置、右扑翼装置、操控系统、遥控装置和起落架组成。左扑翼装置和右扑翼装置结构和参数相同并对称布置于机身的左右两侧，用来产生升力。机身上左右对称分布着左缺口和右缺口，它们是为了方便左扑翼装置和右扑翼装置运转而设置的。尾部螺旋桨由小电机驱动，尾部螺旋桨旋转平面能向左或向右倾斜，在操控系统的操控下能产生向上、向左侧或向右侧的拉力，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。起落架采用滑撬式起落架。左扑翼装置和右扑翼装置分别安装在机身的左缺口和右缺口处。

右扑翼装置的具体结构是：它包括发动机、减速器、主轴和均匀分布在主轴周围的两个、三个或四个仅翼片角度不同的结构相同的转翼器。主轴通过轴承安装在机身的右侧支架上，主轴纵向水平布置，主轴的前端通过减速器与发动机的输出轴相连。发动机固定安装在机身的右侧支架上。每个转翼器包括转臂、伺服电机总成和翼片。伺服电机总成包括电池、伺服电机控制器、伺服电机和无线接收器。无线接收器是遥控装置的组成部分；伺服电机控制器是操控系统的组成部分。转臂的一端与主轴的后端垂直固连，转臂的另一端与伺服电机的外壳固连。伺服电机输出轴与翼片的前边相连于前边的正中间。转臂与伺服电机输出轴垂直。伺服电机输出轴与主轴平行。主轴、转臂和伺服电机输出轴处于同一平面内。翼片是矩形刚性平板，伺服电机输出轴与翼片在同一平面内。

右扑翼装置的工作原理是：从该飞行器的后端往前端看，起动发动机，驱动主轴顺时针旋转，主轴带动所有转翼器顺时针转动。在操控系统的控制下，伺服电机周期性地转停，伺服电机转动的方向与主轴相反即逆时针转动。当转臂处于主轴的正上方竖直位置时伺服电机开始转动，在过主轴的纵向竖直面的右边，操控系统控制伺服电机与主轴等速反向同步转动，带动翼片逆时针自转，使得处于过主轴的纵向竖直面的右边的翼片始终处于水平状态；当转臂处于主轴的正下方竖直位置时伺服电机停止转动且锁位翼片与转臂垂直，在过主轴的纵向竖直面的左边，操控系统控制伺服电机保持不动，使得处于过主轴的纵向竖直面的左边的翼片始终处于与转臂垂直的状态。这样，转翼器下扑时翼片的攻角一直为90°，翼片上行时攻角一直为0°。右扑翼装置能产生较大升力，且产生升力的效率较高。

左扑翼装置的工作原理与右扑翼装置相同。在左扑翼装置的发动机的驱动下，左扑翼装置的主轴逆时针旋转，带动左扑翼装置的转翼器逆时针转动。在操控系统的控制下，处于过左扑翼装置的主轴的纵向竖直面的左边的翼片始终处于水平状态下扑；处于过左扑翼装置的主轴的纵向竖直面的右边的翼片始终处于与对应转臂垂直状态上扬。

所有伺服电机和尾部螺旋桨的小电机均采用方便充电的锂电池供电。

左扑翼装置与右扑翼装置的发动机相同，均采用内燃机或电动机，采用内燃机时用汽油作燃料，采用电动机时用锂电池供电。

机身内配有摄像机及信息处理系统，能进行航拍，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。

由于该飞行器采用两台发动机作主动力，机动性强。

附图说明

图1是本发明一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器的后视示意图；图2是本发明一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器的俯视示意图；图3是本发明一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器的左视示意图；图4是放大了的只包含一个转翼器的右扑翼装置的结构示意图，图中翼片处于水平位置。附图中，左扑翼装置和右扑翼装置的转翼器均为两个。图1中虚线部分表示转翼器旋转到不同角度位置的示意。

图中，1-机身，11-左缺口，12-右缺口；2-尾部螺旋桨，21-小电机；3-左扑翼装置；4-右扑翼装置，41-发动机，42-减速器，43-主轴，44-转翼器，441-转臂，442-伺服电机总成，4421-伺服电机输出轴，443-翼片；5-起落架。34A和34B表示左扑翼装置的处于不同位置的转翼器；44A和44B表示右扑翼装置的处于不同位置的转翼器。

具体实施方式

现结合附图1~4对本发明加以具体说明：一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，主要由机身1、尾部螺旋桨2、左扑翼装置3、右扑翼装置4、操控系统、遥控装置和起落架5组成。左扑翼装置3和右扑翼装置4结构和参数相同并对称布置于机身1的左右两侧，用来产生升力。机身1上左右对称分布着左缺口11和右缺口12，它们是为了方便左扑翼装置3和右扑翼装置4运转而设置的。尾部螺旋桨2由小电机21驱动，尾部螺旋桨2旋转平面能向左或向右倾斜，在操控系统的操控下能产生向上、向左侧或向右侧的拉力，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。起落架5采用滑撬式起落架。左扑翼装置3和右扑翼装置4分别安装在机身1的左缺口11和右缺口12处。

右扑翼装置4的具体结构是：它包括发动机41、减速器42、主轴43和均匀分布在主轴43周围的两个仅翼片443角度不同的结构相同的转翼器44。主轴43通过轴承安装在机身1的右侧支架上，主轴43纵向水平布置，主轴43的前端通过减速器42与发动机41的输出轴相连。发动机41固定安装在机身1的右侧支架上。每个转翼器44包括转臂441、伺服电机总成442和翼片443。伺服电机总成442包括电池、伺服电机控制器、伺服电机和无线接收器。无线接收器是遥控装置的组成部分；伺服电机控制器是操控系统的组成部分。转臂441的一端与主轴43的后端垂直固连，转臂441的另一端与伺服电机的外壳固连。伺服电机输出轴4421与翼片443的前边相连于前边的正中间。转臂441与伺服电机输出轴4421垂直。伺服电机输出轴4421与主轴43平行。主轴43、转臂441和伺服电机输出轴4421处于同一平面内。翼片443是矩形刚性平板。伺服电机输出轴4421与翼片443在同一平面内。

右扑翼装置4的工作原理是：从该飞行器的后端往前端看，起动发动机41，驱动主轴43顺时针旋转，主轴43带动所有转翼器44A和44B顺时针转动。在操控系统的控制下，伺服电机周期性地转停，伺服电机转动的方向与主轴43相反即逆时针转动。当转臂441处于主轴43的正上方竖直位置时伺服电机开始转动，在过主轴43的纵向竖直面的右边，操控系统控制伺服电机与主轴43等速反向同步转动，带动翼片443逆时针自转，使得处于过主轴43的纵向竖直面的右边的翼片443始终处于水平状态下扑；当转臂441处于主轴43的正下方竖直位置时伺服电机停止转动且锁位翼片443与转臂441垂直，在过主轴43的纵向竖直面的左边，操控系统控制伺服电机保持不动，使得处于过主轴43的纵向竖直面的左边的翼片443始终处于与转臂441垂直的状态上扬。这样，转翼器44下扑时翼片443的攻角一直为90°，翼片443上行时攻角一直为0°。右扑翼装置4能产生较大升力，且产生升力的效率较高。

左扑翼装置3的工作原理与右扑翼装置4相同。在左扑翼装置3的发动机的驱动下，左扑翼装置3的主轴逆时针旋转，带动左扑翼装置3的转翼器34A和34B逆时针转动。在操控系统的控制下，处于过左扑翼装置3的主轴的纵向竖直面的左边的翼片始终处于水平状态下扑；处于过左扑翼装置3的主轴的纵向竖直面的右边的翼片始终处于与对应转臂垂直状态上扬。

所有伺服电机和尾部螺旋桨2的小电机21均采用方便充电的锂电池供电。

左扑翼装置3与右扑翼装置4的发动机相同，均采用内燃机或电动机，采用内燃机时用汽油作燃料，采用电动机时用锂电池供电。

机身1内配有摄像机及信息处理系统，能进行航拍，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。

机身和所有翼片均采用碳纤维材料制作，重量轻，强度强。

由于该飞行器采用两台发动机作主动力，机动性强。

下面就该发明一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器的飞行姿态对该发明作进一步说明。

起飞：同时起动两台发动机，驱动左扑翼装置3的转翼器34A和34B及右扑翼装置4的转翼器44A和44B旋转，利用操控系统使左扑翼装置3和右扑翼装置4产生大小相等的向上的升力，当升力达到一定值时，调整好尾部螺旋桨2的拉力大小和方向，使总升力大于机体重量，总升力的方向竖直向上，该飞行器垂直升空。

前飞：起飞后，控制尾部螺旋桨2加速，使总升力向前倾斜，飞行器前飞。

后飞：在空中飞行时，同时同步加快左扑翼装置3和右扑翼装置4的转动速度或减慢尾部螺旋桨2的转速，可使该飞行器实现后飞。

转弯飞行：在前飞时，可以通过提高右扑翼装置4的转动速度同时调整尾部螺旋桨2的拉力大小和方向可实现左转弯飞行；或提高左扑翼装置3的转速同时调整尾部螺旋桨2的拉力大小和方向可实现右转弯飞行。

悬停：在空中飞行时，控制左扑翼装置3和右扑翼装置4的转速相同，调整好尾部螺旋桨2的拉力大小和方向使得左扑翼装置3、右扑翼装置4和尾部螺旋桨2产生的合力垂直向上且等于机体重量，消除飞行惯性后该飞行器将处于悬停位置。

降落：将该飞行器调整至悬停位置后，慢慢同时降低左扑翼装置3和右扑翼装置4的转速，且同时控制尾部小电机2减速，该飞行器可缓缓降落。

由于两台发动机分别单独控制，本发明一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器比较方便实现侧滚和悬停转向。

以上说明是在没有气流干扰的工况下作出的，如果有气流干扰的存在，则应根据气流的方向和流速进行修偏。

本发明一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器可用于航拍、地理测量、交通执勤、军事侦查和抢险救灾等多种任务。

Claims (6)

1.一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，主要由机身（1）、尾部螺旋桨（2）、左扑翼装置（3）、右扑翼装置（4）、操控系统、遥控装置和起落架（5）组成，其特征在于：左扑翼装置（3）和右扑翼装置（4）结构和参数相同并对称布置于机身（1）的左右两侧；机身（1）上左右对称分布着左缺口（11）和右缺口（12）；尾部螺旋桨（2）由小电机（21）驱动，尾部螺旋桨（2）旋转平面能向左或向右倾斜；起落架（5）采用滑撬式起落架；

右扑翼装置（4）的具体结构是：它包括发动机（41）、减速器（42）、主轴（43）和均匀分布在主轴（43）周围的两个、三个或四个仅翼片（443）角度不同的结构相同的转翼器（44）；主轴（43）通过轴承安装在机身（1）的右侧支架上，主轴（43）纵向水平布置，主轴（43）的前端通过减速器（42）与发动机（41）的输出轴相连；发动机（41）固定安装在机身（1）的右侧支架上；每个转翼器（44）包括转臂（441）、伺服电机总成（442）和翼片（443）；伺服电机总成（442）包括电池、伺服电机控制器、伺服电机和无线接收器；无线接收器是遥控装置的组成部分；伺服电机控制器是操控系统的组成部分；转臂（441）的一端与主轴（43）的后端垂直固连，转臂（441）的另一端与伺服电机的外壳固连；伺服电机输出轴（4421）与翼片（443）的前边相连于前边的正中间；转臂（441）与伺服电机输出轴（4421）垂直；伺服电机输出轴（4421）与主轴（43）平行；主轴（43）、转臂（441）和伺服电机输出轴（4421）处于同一平面内；翼片（443）是矩形刚性平板；伺服电机输出轴（4421）与翼片（443）在同一平面内；处于过主轴（43）的纵向竖直面的右边的翼片（443）始终处于水平状态；处于过主轴（43）的纵向竖直面的左边的翼片（443）始终处于与转臂（441）垂直的状态；

左扑翼装置（3）的工作原理与右扑翼装置（4）相同；处于过左扑翼装置（3）的主轴的纵向竖直面的左边的翼片始终处于水平状态；处于过左扑翼装置（3）的主轴的纵向竖直面的右边的翼片始终处于与对应转臂垂直状态。

2. 根据权利要求1所述的一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，其特征在于：所有伺服电机和尾部螺旋桨（2）的小电机（21）均采用方便充电的锂电池供电。

3.根据权利要求1所述的一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，其特征在于：左扑翼装置（3）与右扑翼装置（4）的发动机相同，均采用内燃机或电动机，采用内燃机时用汽油作燃料，采用电动机时用锂电池供电。

4.根据权利要求1所述的一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，其特征在于：机身（1）内配有摄像机及信息处理系统，能进行航拍，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。

5.根据权利要求1所述的一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，其特征在于：机身（1）和所有翼片均采用碳纤维材料制作。

6.根据权利要求1或3所述的一种带伺服电机的平板类扑翼飞行器，其特征在于：两台发动机分别单独控制。