CN107697285B - 一种用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构 - Google Patents
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Abstract
一种用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构属飞行器技术领域，本发明由三个折翼、气压管、磁铁Ⅰ、电磁铁、磁铁Ⅱ、上翼膜和下翼膜组成，其中的中间折翼两边经弹性元分别与左右折翼连接；磁铁Ⅰ固接于左折翼，电磁铁固接于中间折翼，磁铁Ⅱ固接于右折翼，三折翼成折叠状态时，磁铁Ⅰ、电磁铁和磁铁Ⅱ的中心自下而上在一条垂线上；气压管固接于三折翼的下面，上翼膜涂覆于三折翼的上表面，下翼膜涂覆于气压管的下面；采用本发明在单片机的控制下，各部件能准确做出响应，有效完成展翼和收翼动作，可折叠扑翼微飞行器收翼时，本发明利用磁铁使气压一体式可折叠翼保持折叠状态，工作效率高，便于回收和携带。
Description
技术领域
本发明属飞行器技术领域，具体涉及一种用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构。
背景技术
微飞行器具有体积小、质量轻、隐蔽性好等优点，应用于侦察、搜索等，其中，可折叠扑翼微飞行器在未来发展应用中具有更好的前景。
自然界中鞘翅目甲虫为适应自然环境，将柔性后翅折叠于鞘翼下面，以便于爬行和隐蔽。微飞行器在执行低空侦察、复杂地形勘测等任务时，会遇到狭窄的通道或空间，直翼无法通过，而可折叠扑翼微飞行器可将机翼折叠，通过爬行功能完成越障、勘探等工作。因此对鞘翅目甲虫的探索有利于可折叠扑翼微飞行器的研究。
目前，在扑翼微飞行器的研究当中，机翼主要设计为一个整体，并不能折叠，导致体积较大，不便于携带。因此实现可折叠式机翼是如今亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能使扑翼式微飞行器在起飞前和降落后自动完成展翼和收翼动作，保证飞行器顺利飞行，并且方便回收和携带的用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构。
本发明由气压管A、折翼ⅠB、折翼ⅡC、折翼ⅢD、磁铁Ⅱ1、弹性元件Ⅱ2、电磁铁3、弹性元件Ⅰ4、磁铁Ⅰ5、上翼膜6和下翼膜7组成，折翼ⅡC左边经弹性元件Ⅰ4与折翼ⅠB右边连接，折翼ⅡC右边经弹性元件Ⅱ2与折翼ⅢD左边连接；磁铁Ⅰ5固接于折翼ⅠB的磁铁Ⅰ定位孔8，电磁铁3固接于折翼ⅡC的电磁铁定位孔9，磁铁Ⅱ1固接于折翼ⅢD的磁铁Ⅱ定位孔10；气压管A固接于折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD的下面，上翼膜6涂覆于折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD的上表面，下翼膜7涂覆于气压管A的下面,当折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD成折叠状态时，磁铁Ⅰ5、电磁铁3和磁铁Ⅱ1的中心自下而上在一条垂线上。
所述折翼ⅠB的外围轮廓为cdefghijc连线，外围轮廓曲线由c-d段曲线、d-e段曲线、e-f段直线、f-g段曲线、g-h段曲线、h-i段直线、i-j段直线、j-c段直线构成，其中：
c-d段曲线方程为：
d-e段曲线方程为：
e-f段直线长度为：
y＝61
f-g段曲线方程为：
g-h段曲线方程为：
h-i段直线长度为：
x＝14
i-j段直线长度为：
y＝10
j-c段直线长度为：
x＝14。
所述折翼ⅡC的外围轮廓为klmnk连线，外围轮廓曲线由k-l段曲线、l-m段直线、m-n段曲线、n-k段直线构成，其中：
k-l段曲线方程为：
l-m段直线长度为：
y＝51
m-n段曲线方程为：
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y＝61。
所述折翼ⅢD的外围轮廓为opqro连线，外围轮廓曲线由o-p段曲线、p-q段曲线、q-r段曲线、r-o段直线构成，其中：
o-p段曲线方程为：
p-q段曲线方程为：
q-r段曲线方程为：
r-o段直线长度为：
y＝50。
所述气压管A为TPU气压管，其形状为半圆柱，气压管A的厚度δ为0.05mm-0.1mm、半径v为2-4mm、折叠翼下方长度u为120-130mm，弯后长度s为90-110mm；
气压管A首端敞口，气压管A尾端封闭，气压管A材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
所述弹性元件Ⅰ4和弹性元件Ⅱ2的材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
所述折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD的厚度t均为0.2mm-0.5mm；e-f段直线、n-k段直线、l-m段直线和r-o段直线互相平行。
所述折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD由碳纤维材料制作。
本发明的自动收翼展翼原理：
可折叠扑翼微飞行器在起飞前，气压一体式可折叠翼进行展开工作，单片机控制系统发出电信号，折翼ⅡC中的电磁铁3通电，其磁极方向与折翼IB、折翼ⅢD中磁铁I5、磁铁Ⅱ1的磁极相同或相反，控制气压一体式可折叠翼吸合或分离状态。通过充气装置控制气压管A充气或放气，控制气压一体式可折叠翼伸展的状态。
展翼原理：初始状态为附图5的状态，当折叠扑翼微飞行器起飞之前，此时气压一体式可折叠翼中磁铁处于吸合状态，在单片机控制系统的控制下，气压一体式可折叠翼的电磁铁3通电，此时折翼ⅡC的电磁铁磁极方向与折翼IB、折翼ⅢD内磁铁磁极方向相反，从而折翼IB、折翼ⅡC、折翼ⅢD的表面处于分离状态。之后气体由气压管A气口充入，并通过气压传感器控制充气管内的气压，保证气压恒定。气压管A内压力大于弹性元件施加的弹力，与此同时，气压一体式可折叠翼处于完全展开状态，最后断开电磁铁电源。
收翼原理：初始状态为附图1的状态，当折叠扑翼微飞行器降落之后，气压一体式可折叠翼仍处于完全展开状态，然后一侧气压一体式可折叠翼气压管排气，此时气压一体式可折叠翼可折叠，气压一体式可折叠翼缓慢由水平状态旋转为竖直状态，电磁铁3通电，其磁极方向与其余两个磁铁磁极方向相反，折翼ⅢD受重力作用折叠，折翼ⅡC、折翼ⅢD中磁铁吸合，其受惯性和弹性元件Ⅰ4弹力作用，折翼ⅡC、折翼ⅢD向内侧折叠，最后折翼IB的磁铁与电磁铁吸合，折叠翼再由竖直状态旋转为水平状态。此时另一侧气压一体式可折叠翼排气，同理收回气压一体式可折叠翼，断电并回收。
本发明的有益效果：
在单片机控制系统的控制下，各部件能够准确的做出响应，有效的完成展翼和收翼动作。可折叠扑翼微飞行器收翼时，气压一体式可折叠翼中磁铁的利用，使得气压一体式可折叠翼保持折叠状态，能提高工作效率，同时方便回收及携带。
附图说明
图1为用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构的俯视图
图2为用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构的正视图
图3为图2中b所指放大图
图4为图2中a所指放大图
图5为收翼状态示意图
图6为折翼Ⅰ示意图
图7为折翼Ⅱ示意图
图8为折翼Ⅲ示意图
图9为气压管示意图
图10为气压管E-E截面视图
其中：A.气压管 B.折翼Ⅰ C.折翼Ⅱ D.折翼Ⅲ 1.磁铁Ⅱ 2.弹性元件Ⅱ 3.电磁铁 4.弹性元件Ⅰ 5.磁铁Ⅰ 6.上翼膜 7.下翼膜 8.磁铁Ⅰ定位孔 9.电磁铁定位孔 10.磁铁Ⅱ定位孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图5所示，本发明由气压管A、折翼ⅠB、折翼ⅡC、折翼ⅢD、磁铁Ⅱ1、弹性元件Ⅱ2、电磁铁3、弹性元件Ⅰ4、磁铁Ⅰ5、上翼膜6和下翼膜7组成，折翼ⅡC左边经弹性元件Ⅰ4与折翼ⅠB右边连接，折翼ⅡC右边经弹性元件Ⅱ2与折翼ⅢD左边连接；磁铁Ⅰ5固接于折翼ⅠB的磁铁Ⅰ定位孔8，电磁铁3固接于折翼ⅡC的电磁铁定位孔9，磁铁Ⅱ1固接于折翼ⅢD的磁铁Ⅱ定位孔10；气压管A固接于折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD的下面，上翼膜6涂覆于折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD的上表面，下翼膜7涂覆于气压管A的下面,当折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD成折叠状态时，磁铁Ⅰ5、电磁铁3和磁铁Ⅱ1的中心自下而上在一条垂线上。
折翼ⅠB的外围轮廓为cdefghijc连线，外围轮廓曲线由c-d段曲线、d-e段曲线、e-f段直线、f-g段曲线、g-h段曲线、h-i段直线、i-j段直线、j-c段直线构成，其中：
c-d段曲线方程为：
d-e段曲线方程为：
e-f段直线长度为：
y＝61
f-g段曲线方程为：
g-h段曲线方程为：
h-i段直线长度为：
x＝14
i-j段直线长度为：
y＝10
j-c段直线长度为：
x＝14。
所述折翼ⅡC的外围轮廓为klmnk连线，外围轮廓曲线由k-l段曲线、l-m段直线、m-n段曲线、n-k段直线构成，其中：
k-l段曲线方程为：
l-m段直线长度为：
y＝51
m-n段曲线方程为：
n-k段直线长度为：
y＝61。
所述折翼ⅢD的外围轮廓为opqro连线，外围轮廓曲线由o-p段曲线、p-q段曲线、q-r段曲线、r-o段直线构成，其中：
o-p段曲线方程为：
p-q段曲线方程为：
q-r段曲线方程为：
r-o段直线长度为：
y＝50。
如图9、图10所示，气压管A为TPU气压管，其形状为半圆柱，气压管A的厚度δ为0.05mm-0.1mm、半径v为2-4mm、折叠翼下方长度u为120-130mm，弯后长度s为90-110mm；气压管A首端敞口，气压管A尾端封闭，气压管A材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
如图3、图4所示，弹性元件Ⅰ4和弹性元件Ⅱ2的材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
如图6、图7、图8所示，折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD由碳纤维材料制作,折翼ⅠB、折翼ⅡC和折翼ⅢD的厚度t均为0.2mm-0.5mm；e-f段直线、n-k段直线、l-m段直线和r-o段直线互相平行。
本发明的工作过程如下：当折叠扑翼微飞行器起飞之前，此时气压一体式可折叠翼中磁铁处于吸合状态，在单片机控制系统的控制下，气压一体式可折叠翼的电磁铁3通电，此时折翼ⅡC的电磁铁磁极方向与折翼IB、折翼ⅢD内磁铁磁极方向相反，从而折翼IB、折翼ⅡC、折翼ⅢD的表面处于分离状态。之后气体由气压管A充气口充入，并通过气压传感器控制充气管内的气压，保证气压恒定。与此同时，气压一体式可折叠翼处于完全展开状态，最后断开电磁铁电源。当折叠扑翼微飞行器降落之后，气压一体式可折叠翼仍处于完全展开状态，然后一侧气压一体式可折叠翼气压管排气，此时气压一体式可折叠翼可折叠，气压一体式可折叠翼缓慢由水平状态旋转为竖直状态，电磁铁3通电，其磁极方向与其余两个磁铁磁极方向相反，折翼ⅢD受重力作用折叠，折翼ⅡC、折翼ⅢD中磁铁吸合，其受惯性和弹性元件Ⅰ4弹力作用，折翼ⅡC、折翼ⅢD向内侧折叠，最后折翼IB的磁铁与电磁铁吸合，折叠翼再由竖直状态旋转为水平状态。此时另一侧气压一体式可折叠翼气压管排气，同理收回气压一体式可折叠翼，断电并回收。
Claims (4)
1.一种用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构的折叠方法，其特征在于，所述的可折叠翼机构由气压管(A)、折翼Ⅰ(B)、折翼Ⅱ(C)、折翼Ⅲ(D)、磁铁Ⅱ(1)、弹性元件Ⅱ(2)、电磁铁(3)、弹性元件Ⅰ(4)、磁铁Ⅰ(5)、上翼膜(6)和下翼膜(7)组成，折翼Ⅱ(C)左边经弹性元件Ⅰ(4)与折翼Ⅰ(B)右边连接，折翼Ⅱ(C)右边经弹性元件Ⅱ(2)与折翼Ⅲ(D)左边连接；磁铁Ⅰ(5)固接于折翼Ⅰ(B)的磁铁Ⅰ定位孔(8)，电磁铁(3)固接于折翼Ⅱ(C)的电磁铁定位孔(9)， 磁铁Ⅱ(1)固接于折翼Ⅲ(D)的磁铁Ⅱ定位孔(10)； 气压管(A)固接于折翼Ⅰ(B)、折翼Ⅱ(C)和折翼Ⅲ(D)的下面；上翼膜(6)涂覆于折翼Ⅰ(B)、折翼Ⅱ(C)和折翼Ⅲ(D)的上表面；下翼膜(7)涂覆于气压管(A)的下面；当折翼Ⅰ(B)、折翼Ⅱ(C)和折翼Ⅲ(D)成折叠状态时，磁铁Ⅰ(5)、电磁铁(3)和磁铁Ⅱ(1)的中心自下而上在一条垂线上；可折叠翼机构的折叠方法为：可折叠扑翼微飞行器在起飞前，气压一体式可折叠翼进行展开工作，单片机控制系统发出电信号，折翼(C)中的电磁铁(3)通电，其磁极方向与折翼/>(B)、折翼/>(D)中磁铁/>(5)、磁铁Ⅱ(1) 的磁极相同或相反，控制气压一体式可折叠翼吸合或分离状态，通过充气装置控制气压管(A)充气或放气，控制气压一体式可折叠翼伸展的状态；关于展翼：当折叠扑翼微飞行器起飞之前，此时气压一体式可折叠翼中磁铁处于吸合状态，在单片机控制系统的控制下，气压一体式可折叠翼的电磁铁(3)通电，此时折翼/>(C)的电磁铁磁极方向与折翼/>(B)、折翼/>(D)内磁铁磁极方向相反，从而折翼/>(B)、折翼/>(C)、折翼/>(D)的表面处于分离状态，之后气体由气压管(A)气口充入，并通过气压传感器控制充气管内的气压，保证气压恒定；气压管(A)内压力大于弹性元件施加的弹力，与此同时，气压一体式可折叠翼处于完全展开状态，最后断开电磁铁电源；关于收翼：当折叠扑翼微飞行器降落之后，气压一体式可折叠翼仍处于完全展开状态，然后一侧气压一体式可折叠翼气压管排气，此时气压一体式可折叠翼可折叠，气压一体式可折叠翼缓慢由水平状态旋转为竖直状态，电磁铁(3)通电，其磁极方向与其余两个磁铁磁极方向相反， 折翼/>(D)受重力作用折叠， 折翼Ⅱ(C)、折翼/>(D)中磁铁吸合，其受惯性和弹性元件Ⅰ(4)弹力作用，折翼Ⅱ(C)、折翼/>(D)向内侧折叠，最后折翼I(B)的磁铁与电磁铁吸合，折叠翼再由竖直状态旋转为水平状态；此时另一侧气压一体式可折叠翼排气，同理收回气压一体式可折叠翼，断电并回收。
2.按权利要求1所述的用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构的折叠方法，其特征在于，所述气压管(A)为TPU气压管，其形状为半圆柱，气压管(A)的厚度δ为0.05mm-0.1mm、半径v为2-4mm、折叠翼下方长度u为120-130mm，弯后长度s为90-110mm；
气压管(A)首端敞口，气压管(A)尾端封闭，气压管(A)材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
3.按权利要求1所述的用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构的折叠方法，其特征在于，所述弹性元件Ⅰ(4)和弹性元件Ⅱ(2)的材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
4.按权利要求1所述的用于可折叠扑翼微飞行器的气压一体式可折叠翼机构的折叠方法，其特征在于，所述折翼Ⅰ(B)、折翼Ⅱ(C)和折翼Ⅲ(D)由碳纤维材料制作。
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| CN107697285A (zh) | 2018-02-16 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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