CN108423173A - 一种掠动式扑翼飞行器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掠动式扑翼飞行器装置，属于飞行器技术领域。包括机架、右扑翼、动力系统、控制系统、尾翼、左扑翼，还包括右扑动机构、左扑动机构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，分别对称布置于机架的左右两侧，并与机架固连，右扑翼和左扑翼分别和右扑动机构和左扑动机构固连。本发明的优点是结构新颖，两翼翼尖运动轨迹为空间“椭圆形”，和自然界中部分鸟类和飞行昆虫运动模式相似，具有扑动和前后掠动两个自由度，并具有大攻角，扑动和掠动的耦合形式有利于扑翼飞行器高升力和大推力的产生，改善了飞行器气动性能，具有气动效率高和机动性强的优势，本发明仿生程度较高，性能好，隐蔽性强，还能够完成军事侦查、灾害勘探等特殊任务。
Description
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，尤其涉及一种扑翼飞行器。
背景技术
昆虫或鸟类飞行时翅膀运动形式十分复杂，但可以简化为上下扑动、扭转和前后掠动三种基本运动形式，即自然界的昆虫或鸟类具有三自由度的运动模式；扑翼飞行器若仅可上下扑动，即为单自由度扑翼飞行器，若在单纯上下扑动的基础上，加入扭转或前后掠动的运动形式，即为多自由度扑翼飞行器；多自由度扑翼飞行器相较单自由度飞行器无疑在机动性、气动效率等方面有着较大优势。
已知的扑翼飞行器大部分为单自由度飞行器，仅仅具备扑动的运动形式，在进行转向或升降时几乎无法良好操控，如公知的一种扑翼驱动器及无人飞行器、工作方法，CN201710682620.1和公知的一种带弹簧的旋转扑翼飞行器、CN 201410234063.3等；因此仿生程度更高、性能更好的多自由度扑翼飞行器越来越受到人们的青睐；公知的一种翅翼可主动变形的多自由度微型扑翼飞行器、CN201610168300.X和公知的一种昆虫仿真扑翼飞行器、CN201210437699.9等为代表的多自由度飞行器具有扑动和扭转翅膀的两自由度运动形式，但其扭转运动的扭转角较小，对推升力产生的影响较为有限，影响了整机的机动性能，较难完成复杂任务。
发明内容
本发明提供一种掠动式扑翼飞行器装置，以解决目前扑翼飞行器存在的扭转运动的扭转角较小，对推升力产生的影响较为有限，影响了整机的机动性能，较难完成复杂任务的问题。
本发明采取技术方案是：包括机架、右扑翼、动力系统、控制系统、尾翼、左扑翼，还包括右扑动机构、左扑动机构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，分别对称布置于机架的左右两侧，并与机架固连，右扑翼和左扑翼分别和右扑动机构和左扑动机构固连。
本发明所述右扑动机构包括右曲柄、右转杆、右滑杆、右耦合机构、右支架，其中，右曲柄开有一大一小两个通孔，右曲柄通过大通孔与动力系统的齿轮组输出轴固连，右转杆通过右曲柄上的小通孔与右曲柄固连，右滑杆的两端分别与机架的副机架和右支架固连，并与水平面呈15度~25度攻角，右耦合机构包括右连接板一、右连接杆一、右连接杆二、右连接板二、右机翼固定片；其中右连接板一和右连接板二结构相同，右连接杆一和右连接杆二结构相同，右连接杆一分别与右连接板一和右连接板二固连；右连接杆二分别与右连接板一和右连接板二固连，右机翼固定片通过右连接板一和右连接板二的插槽结构与两者固连，并使得右连接板一和右连接板二侧面互相平行；右转杆伸入右连接板一、右连接杆一、右连接杆二、右连接板二围成的矩形框结构中，右滑杆穿过右连接板一、右连接板二侧面的通孔，右机翼固定片与右扑翼根部通过微型螺钉固连，右支架固连在机架上，并与之垂直。
本发明的优点是结构新颖，两翼翼尖运动轨迹为空间“椭圆形”，和自然界中部分鸟类和飞行昆虫运动模式相似，具有扑动和前后掠动两个自由度，并具有大攻角，扑动和掠动的耦合形式有利于扑翼飞行器高升力和大推力的产生，改善了飞行器气动性能，具有气动效率高和机动性强的优势，本发明仿生程度较高，性能好，隐蔽性强，还能够完成军事侦查、灾害勘探等特殊任务。
附图说明
图1是本发明一种掠动式扑翼飞行器装置的整体机构示意图；
图2是右扑动机构放大结构示意图；
图3是右耦合机构放大结构示意图；
图4（a）是本发明的左机翼和右机翼一个运动周期内的运动起始位置状态图；
图4（b）是本发明的左机翼和右机翼一个运动周期内的下扑至与水平面平齐位置，并相对向后掠动的状态图；
图4（c）是本发明的左机翼和右机翼一个运动周期内的下扑至下极限位置，此时下扑过程结束，并即将开始上扑运动的状态图；
图4（d）是本发明的左机翼和右机翼一个运动周期内下扑过程结束，并上扑与水平面平齐位置的状态图；
图中：1-机架；2-右扑动机构；3-右扑翼；4-动力系统；5-控制系统；6-尾翼；7-左扑翼；8-左扑动机构；201-右曲柄、202-右转杆、203-右滑杆、204-右耦合机构、205-右支架；204001-右连接板一、204002-右连接杆一、204003-右连接杆二、204004-右连接板二、204005-右机翼固定片。
具体实施方式
包括机架1、右扑动机构2、右扑翼3、动力系统4、控制系统5、尾翼6、左扑翼7、左扑动机构8，机架1包括主机架和副机架，主机架为左右两侧对称的双机架结构，右扑动机构2和左扑动机构8结构、参数和工作原理均相同，它们分别对称布置于机架1的左右两侧，并与机架1固连，右扑翼3由翅脉和翅膜组成，右扑翼3和左扑翼7构造、参数及材料相同，它们分别对称分布于机架1左右两侧，右扑翼3和左扑翼7分别和右扑动机构2和左扑动机构8固连，动力系统4固连在机架1的主机架内表面，包括小型无刷电机、锂电池、二级减速齿轮组、齿轮组输出轴，控制系统5固连在机架1的内表面，由两个微型直线舵机、与微型直线舵机相连的钢丝线、接收器、控制器组成，尾翼6固连在机架1的尾部，由水平尾翼和垂直尾翼组成。
右扑动机构2包括右曲柄201、右转杆202、右滑杆203、右耦合机构204、右支架205，右曲柄201开有一大一小两个通孔，右曲柄201通过大通孔与动力系统4的齿轮组输出轴固连，右转杆202通过右曲柄201上的小通孔与右曲柄201固连，右滑杆203的两端分别与机架1的副机架和右支架205固连，并与水平面呈15度~25度攻角，右耦合机构204包括右连接板一204001、右连接杆一204002、右连接杆二204003、右连接板二204004、右机翼固定片204005；右连接板一204001和右连接板二204004材料、尺寸及结构均相同；右连接杆一204002和右连接杆二204003材料、尺寸及结构均相同；右连接杆一204002分别与右连接板一204001和右连接板二204004固连；右连接杆二204003分别与右连接板一204001和右连接板二204004固连；右机翼固定片204005通过右连接板一204001和右连接板二204004的插槽结构与两者固连，并使得右连接板一204001和右连接板二204004侧面互相平行；右转杆202伸入右连接板一204001、右连接杆一204002、右连接杆二204003、右连接板二204004围成的矩形框结构中；右滑杆203穿过右连接板一204001、右连接板二204004侧面的通孔，右机翼固定片204005与右扑翼3根部通过微型螺钉固连，右支架205固连在机架1上，并与之垂直。
左扑翼7、右扑翼3的翅脉均采用碳纤维材料制作，翅脉前缘部分的主翅脉刚度要高于其余翅脉，左扑翼7、右扑翼3的翅膜均采用透明的聚乙烯薄膜，粘附固定在左扑翼7、右扑翼3的翅脉上表面上，该薄膜外边缘与左扑翼7、右扑翼3的翅脉外边缘重合。
垂直尾翼和水平尾翼均由碳纤维的翅脉和聚乙烯薄膜的翅膜组成，分别用以控制飞行器左右转向和升降。
控制系统通过集成的两个微型直线舵机拉动与之相连的钢丝线，控制垂直尾翼和水平尾翼的转动方向和转动幅度，改变了气流对尾翼作用力的大小和方向，实现整机的升降或转向。
本发明所述动力系统和控制系统属于现有技术，并且本发明人公布的相关文献中有所记载。
本发明工作时，控制系统接收到地面人员发出的控制信号，动力系统开始工作，并将动力传递至左曲柄和右曲柄，带动左曲柄和右曲柄同步转动。因左扑动机构和右扑动机构的结构和原理相同，并关于主机架左右对称，因此下面以右扑动机构为例进行介绍。从该飞行器右侧往左侧看，右曲柄顺时针转动，右转杆也随之转动。右耦合机构与右转杆始终保持接触。右耦合机构在右转杆推动下围绕右滑杆转动，同时也沿右滑杆轴线方向滑动，使右扑翼形成上下扑动和前后掠动的运动轨迹，为飞行器提供推升力。
以图4（a）中右扑翼3所在位置为运动起始位置，即右扑翼3上极限位置，随后右扑动机构2带动右扑翼3进行下扑动运动。右曲柄201相对初始位置顺时针旋转90度，右扑翼3下扑至与水平面平齐位置，并相对向后掠动，即图4（b）中的状态。右曲柄201相对初始位置顺时针旋转180度，右扑翼3下扑至下极限位置，此时下扑过程结束，并即将开始上扑运动，即图4（c）中的状态。右曲柄201相对初始位置顺时针旋转360度，右扑翼3上扑至上极限位置，此时上扑过程结束，并即将开始下一轮的扑动运动，即图4（a）中的状态，上述过程即为右扑翼3的一个运动周期。
下面就该发明一种掠动式扑翼飞行器装置对该发明作进一步说明。
起飞：地面操控人员向控制系统5的接收器发射信号，控制系统5控制动力系统4将运动和动力输送给左扑动机构8和右扑动机构2，进而带动左扑翼7、右扑翼3运动。随着小型无刷电机的转速不断提高，左扑翼7、右扑翼3扑动时产生的升力和推力也不断增大，当升力和机体重力平衡时，飞行器有起飞的趋势。随后升力大于机体重力，飞行器开始升空，完成起飞；
前飞：飞行器完成起飞后，降低小型无刷电机转速，使得扑动周期内的平均升力和机体重力平衡。此时，飞行器推力大于所受到的阻力，飞行器实现向前平飞；
转向：在飞行器向前飞时，控制系统5控制垂直尾翼，实现飞行器左右转向；
升降：在飞行器向前飞时，平均升力和重力相平衡，控制系统5控制水平尾翼，实现升降；
降落：慢慢降低小型无刷电机转速的转速，当转速低于一定值时，飞行器平均升力稍小于机体重力时，该飞行器实现缓慢降落。
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。
Claims (2)
1.一种掠动式扑翼飞行器装置，包括机架、右扑翼、动力系统、控制系统、尾翼、左扑翼，其特征在于：还包括右扑动机构、左扑动机构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，分别对称布置于机架的左右两侧，并与机架固连，右扑翼和左扑翼分别和右扑动机构和左扑动机构固连。
2.根据权利要求1所述的一种掠动式扑翼飞行器装置，其特征在于：右扑动机构包括右曲柄、右转杆、右滑杆、右耦合机构、右支架，其中，右曲柄开有一大一小两个通孔，右曲柄通过大通孔与动力系统的齿轮组输出轴固连，右转杆通过右曲柄上的小通孔与右曲柄固连，右滑杆的两端分别与机架的副机架和右支架固连，并与水平面呈15度~25度攻角，右耦合机构包括右连接板一、右连接杆一、右连接杆二、右连接板二、右机翼固定片；其中右连接板一和右连接板二结构相同，右连接杆一和右连接杆二结构相同，右连接杆一分别与右连接板一和右连接板二固连；右连接杆二分别与右连接板一和右连接板二固连，右机翼固定片通过右连接板一和右连接板二的插槽结构与两者固连，并使得右连接板一和右连接板二侧面互相平行；右转杆伸入右连接板一、右连接杆一、右连接杆二、右连接板二围成的矩形框结构中，右滑杆穿过右连接板一、右连接板二侧面的通孔，右机翼固定片与右扑翼根部通过微型螺钉固连，右支架固连在机架上，并与之垂直。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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