CN105235903B - 仿生摆翼式飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿生摆翼式飞行器，属于仿生飞行器技术领域。该飞行器包括机体、左摆翼驱动装置、右摆翼驱动装置、左摆翼装置、右摆翼装置、左辅翼装置、右辅翼装置及起落架。左摆翼驱动装置与右摆翼驱动装置、左辅翼装置与右辅翼装置两两对称布置于机体左右两侧；左右摆翼驱动装置在运动过程中，其输出构件左右摆杆运动形式为绕一点上下摆动，并且下摆部分始终大于上摆部分，进而使与其固连的左右摆翼“下扑”部分始终大于“上挥”部分，使该仿生摆翼式飞行器在扑翼运动全程都能产生正升力。本发明飞行器具有驱动机构简单、易于实现、扑翼气动效率高等优点。

Description

仿生摆翼式飞行器

技术领域：

本发明属于扑翼仿生飞行器技术领域，具体涉及一种仿生摆翼式飞行器。

背景技术：

由于扑翼飞行器具有传统固定翼和旋翼飞行器无可比拟的机动性、可低速飞行、盘旋能力优良等特点，在民用与军用领域具有广泛应用前景。传统扑翼飞行器的翅膀在下扑过程中会产生向上的升力，然而在上挥过程中却产生了向下的负升力，因此扑翼飞行器在一个扑动周期中产生的竖直方向上的有效升力只是二者之差，这就是传统扑翼飞行器飞行效率低下的主要原因。中国专利CN103612754A提出一种双关节仿生扑翼飞行器，将扑翼分为主翼和副翼两部分，进而通过控制副翼来减小扑翼在上升过程中的阻力。但该扑翼机的传动机构比较复杂，且通过控制副翼来减小上升过程中的阻力，效果并不明显。

发明内容：

本发明为了克服现有扑翼飞行器的上述技术不足，提供一种传动机构简单、扑翼运动全程都能产生正升力的高效仿生摆翼式飞行器。

本发明所提供的仿生摆翼式飞行器包括机体、左摆翼驱动装置、右摆翼驱动装置、左摆翼装置、右摆翼装置、左辅翼装置、右辅翼装置及起落架；所述机体包括机舱11、左主支架12、右主支架13、左辅支架14及右辅支架15，所述左主支架12与右主支架13、左辅支架14与右辅支架15分别与所述机舱11固连且对称设置在所述机舱11的左右两侧，所述左摆翼驱动装置与右摆翼驱动装置、左摆翼装置与右摆翼装置以及左辅翼装置与右辅翼装置两两结构参数相同并且对称布置于所述机舱11的左右两侧，所述起落架采用前式轮式起落架。

所述左摆翼驱动装置包括左主轴21、左曲柄22、左摆杆23、左滑槽24及左定位销钉25，所述左主轴21安装在所述左主支架12的中部，所述左曲柄22的一端与所述左主轴21相连，所述左曲柄22的另一端通过转动副与所述左摆杆23相连，所述左摆杆23沿杆轴线方向设有所述左滑槽24，所述左定位销钉25安装在所述左主支架12的左端，所述左定位销钉25能够在所述左滑槽24内滑动。

所述右摆翼驱动装置包括右主轴31、右曲柄32、右摆杆33、右滑槽34及右定位销钉35，所述右主轴31安装在所述右主支架13的中部，所述右曲柄32的一端与所述右主轴31相连，所述右曲柄32的另一端通过转动副与所述右摆杆33相连，所述右摆杆33沿杆轴线方向设有所述右滑槽34，所述右定位销钉35安装在所述右主支架13的右端，所述右定位销钉35能够在所述右滑槽34内滑动。

所述左摆翼装置包括左摆翼横梁41、左翼肋42及左摆翼蒙皮43，所述左摆翼横梁41与所述左摆杆23固连，所述左摆翼装置能够随所述左摆杆23一起摆动，所述左摆翼横梁41上等间距固连着五个形状相同但大小不一的所述左翼肋42，所述左翼肋42上蒙有所述左摆翼蒙皮43，使得左摆翼翼型为上凸下平型。

所述右摆翼装置包括右摆翼横梁51、右翼肋52及右摆翼蒙皮53，所述右摆翼横梁51与所述右摆杆33固连，所述右摆翼装置能够随所述右摆杆33一起摆动，所述右摆翼横梁51上等间距固连着五个形状相同但大小不一的所述右翼肋52，所述右翼肋52上蒙有所述右摆翼蒙皮53，使得右摆翼翼型为上凸下平型。

所述左摆杆23的长度大于所述左曲柄22的长度与所述左主轴21到所述左定位销钉25之间距离之和；所述右摆杆33的长度大于所述右曲柄32长度与所述右主轴31到所述右定位销钉35之间距离之和。

所述左滑槽24的长度大于所述左曲柄22的长度的两倍，且所述左滑槽24的右端离连接所述左曲柄22与所述左摆杆23的转动副的最小距离略小于所述左主轴21到所述左定位销钉25之间距离与左曲柄22长度之差；所述右滑槽34长度大于所述右曲柄32长度的两倍，且所述右滑槽34的左端离连接所述右曲柄32与所述右摆杆33的转动副的最小距离略小于所述右主轴31到所述右定位销钉35之间距离与右曲柄32长度之差。

所述左辅翼装置包括左辅翼片61及左辅翼轴62；所述左辅翼轴62安装在所述左辅支架14上，所述左辅翼片61与所述左辅翼轴62固连，所述左辅翼片61的角度转动范围为0°-90°。所述右辅翼装置包括右辅翼片71及右辅翼轴72；所述右辅翼轴72安装在所述右辅支架15上，所述右辅翼片71与所述右辅翼轴72固连，所述右辅翼片71的角度转动范围为0°-90°。

本发明左主轴21带动左曲柄22顺时针转动，左曲柄22带动左摆杆23运动，同时左摆杆23的运动还受到置于左滑槽24内的左定位销钉25的约束，因而使左摆杆23产生两端交替的上下摆动，运动中左摆杆23既沿左定位销钉25交替向左右伸出，又以左定位销钉25为支点上下摆动，且总是伸出部分向下摆动，从而使下摆部分始终大于上摆部分。上述“下摆”与“上摆”类似于鸟类飞行中的翅的“下扑”与“上挥”，因而左摆杆23可以带动与其固连的左摆翼装置产生类似于扑翼的运动效果。同理，右摆翼装置在右驱动机构的带动下可产生与左摆翼对称的运动效果。因此本仿生摆翼式飞行器在飞行过程中能始终产生向上的正升力。

本发明具有以下技术特点：

1、扑翼气动效率高，与传统扑翼飞行器相比，本仿生摆翼式飞行器左右摆翼在一个扑动周期内产生的气动力合力始终是竖直方向上的升力。

2、驱动机构简单，本仿生摆翼式飞行器驱动机构构件少，重量轻，易于实现，适合飞行的需要。

附图说明：

图1是本发明仿生摆翼式飞行器正视结构示意图；

图2是本发明仿生摆翼式飞行器左视结构示意图；

图3是本发明仿生摆翼式飞行器动作周期分解示意图。

图中：11、机舱；12、左主支架；13、右主支架；14、左辅支架；15、右辅支架；21、左主轴；22、左曲柄；23、左摆杆；24、左滑槽；25、左定位销钉；31、右主轴；32、右曲柄；33、右摆杆；34、右滑槽；35、右定位销钉；41、左摆翼横梁；42、左翼肋；43、左摆翼蒙皮；51、右摆翼横梁；52、右翼肋；53、右摆翼蒙皮；61、左辅翼片；62、左辅翼轴；71、右辅翼片；72、右辅翼轴。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步描述。

如图1、2所示，左主支架12与右主支架13、左辅支架14与右辅支架15分别两两对称布置于机舱11两侧并且与水平面夹角约为60度。左主轴21、左定位销钉25与右主轴31、右定位销钉35分别安装在左主支架12与右主支架13上。左曲柄22和右曲柄32的一端分别与左主轴21和右主轴31相连。左曲柄22通过转动副与左摆杆23相连，右曲柄32通过转动副与右摆杆33相连。左摆杆23上的沿轴线方向的左滑槽24与左定位销钉25采用间隙配合，左定位销钉25可以在左滑槽24内滑动。右摆杆33上的沿轴线方向的右滑槽34与右定位销钉35采用间隙配合，右定位销钉35可以在右滑槽34内滑动。左摆翼横梁41与右摆翼横梁51分别固结在左摆杆23与右摆杆33上，五个形状相同但大小不一的左翼肋42与右翼肋52分别等间距地固结在左摆翼横梁41与右摆翼横梁51上，左翼肋42与右翼肋52上分别蒙有左摆翼蒙皮43与右摆翼蒙皮53。

左辅翼轴62与右辅翼轴72分别安装在左辅支架14与右辅支架15上，左辅翼片61与左辅翼轴62固连，右辅翼片71与右辅翼轴72固连。左辅翼片61与右辅翼片71的转角范围为0-90度。辅翼用于飞行器的姿态控制。

左主轴21在发动机的带动下作顺时针转动，右主轴31在发动机的带动下作与左主轴21同步的逆时针转动，左主轴21带动左曲柄22顺时针转动，右主轴31带动右曲柄32逆时针转动。左曲柄22带动与其另一端相连的左摆杆23运动，右曲柄32带动与其另一端相连的右摆杆33运动。左摆杆23与右摆杆33的运动还分别受到置于左滑槽24内的左定位销钉25与置于右滑槽34内的右定位销钉35的约束作用。因而产生左摆杆24以左定位销钉25为支点的左右滑动与上下摆动以及右摆杆34以右定位销钉35为支点的左右滑动与上下摆动。进而左摆杆24与右摆杆34分别带动与其固连的左扑翼装置与右扑翼装置，最终实现仿鸟摆翼式飞行器的飞行。

图3所示为本发明仿生摆翼式飞行器的动作周期分解图，选取了飞行器的四个典型状态来代表一个完整的动作周期。初始状态如图3中的(1)所示，此时左右摆杆的外侧大部分处于“下扑”状态，只有内侧很少一部分处于“上挥”状态。此后“下扑”部分开始减小，上挥部分开始增多。当摆杆与曲柄圆第一次相切时，“下扑”与“上挥”部分完全相同，其状态如图3中的(2)所示。曲柄继续带动摆杆运动，此后内侧“下扑”部分开始增多，外侧“上挥”部分开始减少，当运动到如图3中的(3)所示位置时，此时内侧“下扑”部分达到最大，外侧“上挥”部分达到最小。此后内侧“下扑”部分又开始减少，而外侧“上挥”部分开始增加，当摆杆与曲柄圆第二次相切时，“下扑”与“上挥”部分完全相同。其状态图如图3中的(4)所示。此后外侧“下扑”部分又开始增加，内侧“上挥”部分又开始减小，最终又回到初始状态(1)。在整个运动过程中，左右摆杆“下扑”部分始终大于“上挥”部分，故与其固连的摆翼装置在一个扑动周期内产生的气动力合力始终向上。

Claims (3)

1.一种仿生摆翼式飞行器，其特征在于该仿生摆翼式飞行器包括机体、左摆翼驱动装置、右摆翼驱动装置、左摆翼装置、右摆翼装置、左辅翼装置、右辅翼装置及起落架；所述机体包括机舱(11)、左主支架(12)、右主支架(13)、左辅支架(14)及右辅支架(15)，所述左主支架(12)与所述右主支架(13)、所述左辅支架(14)与所述右辅支架(15)分别与所述机舱(11)固连且对称设置在所述机舱(11)的左右两侧，所述左摆翼驱动装置与所述右摆翼驱动装置、所述左摆翼装置与所述右摆翼装置以及所述左辅翼装置与所述右辅翼装置两两结构参数相同并且对称布置于所述机舱(11)的左右两侧，所述起落架采用前式轮式起落架；所述左摆翼驱动装置包括左主轴(21)、左曲柄(22)、左摆杆(23)、左滑槽(24)及左定位销钉(25)，所述左主轴(21)安装在所述左主支架(12)的中部，所述左曲柄(22)的一端与所述左主轴(21)相连，所述左曲柄(22)的另一端通过转动副与所述左摆杆(23)相连，所述左摆杆(23)沿杆轴线方向设有所述左滑槽(24)，所述左定位销钉(25)安装在所述左主支架(12)的左端，所述左定位销钉(25)能够在所述左滑槽(24)内滑动；所述右摆翼驱动装置包括右主轴(31)、右曲柄(32)、右摆杆(33)、右滑槽(34)及右定位销钉(35)，所述右主轴(31)安装在所述右主支架(13)的中部，所述右曲柄(32)的一端与所述右主轴(31)相连，所述右曲柄(32)的另一端通过转动副与所述右摆杆(33)相连，所述右摆杆(33)沿杆轴线方向设有所述右滑槽(34)，所述右定位销钉(35)安装在所述右主支架(13)的右端，所述右定位销钉(35)能够在所述右滑槽(34)内滑动；所述左摆翼装置包括左摆翼横梁(41)、左翼肋(42)及左摆翼蒙皮(43)，所述左摆翼横梁(41)与所述左摆杆(23)固连，所述左摆翼装置能够随所述左摆杆(23)一起摆动，所述左摆翼横梁(41)上等间距固连着五个形状相同但大小不一的所述左翼肋(42)，所述左翼肋(42)上蒙有所述左摆翼蒙皮(43)，使得左摆翼翼型为上凸下平型；所述右摆翼装置包括右摆翼横梁(51)、右翼肋(52)及右摆翼蒙皮(53)，所述右摆翼横梁(51)与所述右摆杆(33)固连，所述右摆翼装置能够随所述右摆杆(33)一起摆动，所述右摆翼横梁(51)上等间距固连着五个形状相同但大小不一的所述右翼肋(52)，所述右翼肋(52)上蒙有所述右摆翼蒙皮(53)，使得右摆翼翼型为上凸下平型；所述左摆杆(23)的长度大于所述左曲柄(22)的长度与所述左主轴(21)到所述左定位销钉(25)之间距离之和；所述右摆杆(33)的长度大于所述右曲柄(32)长度与所述右主轴(31)到所述右定位销钉(35)之间距离之和；所述左滑槽(24)长度大于所述左曲柄(22)长度的两倍，且所述左滑槽(24)的右端离连接所述左曲柄(22)与所述左摆杆(23)的转动副的最小距离略小于所述左主轴(21)到所述左定位销钉(25)之间距离与所述左曲柄(22)长度之差；所述右滑槽(34)长度大于所述右曲柄(32)长度的两倍，且所述右滑槽(34)的左端离连接所述右曲柄(32)与所述右摆杆(33)的转动副的最小距离略小于所述右主轴(31)到所述右定位销钉(35)之间距离与所述右曲柄(32)长度之差。

2.根据权利要求1所述仿生摆翼式飞行器，其特征在于所述左辅翼装置包括左辅翼片(61)及左辅翼轴(62)；所述左辅翼轴(62)安装在所述左辅支架(14)上，所述左辅翼片(61)与所述左辅翼轴(62)固连，所述左辅翼片(61)的角度转动范围为0°-90°。

3.根据权利要求1所述仿生摆翼式飞行器，其特征在于所述右辅翼装置包括右辅翼片(71)及右辅翼轴(72)；所述右辅翼轴(72)安装在所述右辅支架(15)上，所述右辅翼片(71)与所述右辅翼轴(72)固连，所述右辅翼片(71)的角度转动范围为0°-90°。