CN108945431B - 扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，包括内主梁(1)、内前梁(1A)、内后梁(1B)、中主梁(2)、中前梁(2A)、中后梁(2B)、外主梁(3)、第1仿生翼肋(4)、第2仿生翼肋(5)、滑槽连杆(6)、十字扑动轴(7)、第2折叠连杆(9B)和折叠控制器；优点为：扑动翼的结构参考了飞行脊椎动物的翼的解剖学共同特征，模仿肱骨、尺挠骨、掌指骨，将扑动翼分为内段、中段、外段；每段由内主梁、中主梁、外主梁承受主要载荷，和前后副梁与其他辅助连杆通过若干转动副、滑动副相连，构成一个复杂的多连杆机构，可以准确地模拟飞行脊椎动物的折叠动作。具有气动效率高、仿生程度高以及可控性好的优点。

Description

扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼

技术领域

本发明属于扑翼飞行器的机翼设计技术领域，具体涉及一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼。

背景技术

微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器，具有体积小、重量轻、机动灵活、效率高等优势，若搭载传感器和相关的数据传输和飞行控制系统，形成微型扑翼无人机平台，就会具有广阔的应用前景。围绕这一课题，各国已经研制出了可控飞行的扑翼飞行器，其中较成功的有美国AeroVironment公司与加利福尼亚大学合作的“Microbat”以及荷兰Delft大学的“Delfly”等，但这些扑翼飞行器距离实用无人机系统的飞行器平台都有一定的距离，这主要体现为飞行时间有限，有效载荷小，操纵控制难度大等方面。究其原因，机翼的气动效率低、功率消耗大、仿生程度低、可靠性差是相当重要的因素。

目前已经实现飞行的扑翼机多采用平板翼型机翼，研究表明，这类机翼的升力系数较小，为了产生足够的升力需要较大的迎角，这就增大了阻力，升阻比较小，导致气动效率低，影响扑翼机的整体性能。而鸟类的扑翼模式中，上扑的展向折叠运动显著减小了负升力的产生，现有的各种扑翼机翼还与之相去甚远。

中国专利公开号CN100467347C，公开日2009年3月11日，发明名称为一种两段式微型扑翼飞机机翼，该专利公开了一种微型扑翼飞机的机翼，分为内外两段，外翼段为平板翼型，内翼段为弧度翼型，外翼段有前主梁和斜梁，内翼段有互相平行的前主梁和尾梁。其不足之处是，内翼段与外翼段外形和结构刚度变化较为突然，易造成结构破坏，可靠性差，机翼整体气动效率会降低，且机翼为单纯的上下扑动，仿生程度低，相比于鸟类气动效率较低。

中国专利公开号CN2918218Y，公开日2007年7月4日，发明名称为可折两段式扑翼机机翼。该专利公开了一种可折叠两段式扑翼机机翼，分为可对折的内翼段和外翼段，由传动曲轴和拉杆配合，在机翼上下扑动的同时产生内外翼段的相对折叠运动，模拟海鸥等鸟类飞行时的扑翼状态。其不足之处是，扑翼的折叠方式为上下弯折，而非如真实鸟类一般的延展向平面内的折叠，折叠铰链处受力条件恶劣，曲轴、拉杆结构的强度和重量矛盾尖锐，难以同时具备足够的强度并且轻量化，这就导致机翼寿命下降，可靠性差。

中国专利公开号CN101492094A，公开日2009年7月29日，发明名称为一种能够单向弯曲的微型扑翼机的机翼。该专利公开了一种能够单向弯曲的扑翼，其展向梁断开为两段，在断开处上下表面分别固定可伸缩的弹性材料和可单向变形的连接片，实现下扑时扑翼完全展开，上扑时扑翼部分折叠的效果。其不足之处是，折叠效果完全由弹性材料在气动力的作用下被动产生，当扑翼扑动频率较高时，折叠效果会受到相当程度的削弱，折叠效果受扑动频率限制，对扑动频率变化的响应不可控；弹性材料的老化和寿命直接影响扑翼整体的性能和寿命。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，包括内主梁(1)、内前梁(1A)、内后梁(1B)、中主梁(2)、中前梁(2A)、中后梁(2B)、外主梁(3)、第1仿生翼肋(4)、第2仿生翼肋(5)、滑槽连杆(6)、十字扑动轴(7)、第2折叠连杆(9B)和折叠控制器；

所述十字扑动轴(7)包括呈十字形交叉设置的扑动长轴(7A)和扑动短轴(7B)；

所述折叠控制器包括动力输入滑块(11A)、伺服输入滑块(11B)和折叠输出滑块(11C)；所述伺服输入滑块(11B)悬挂安装于所述扑动长轴(7A)的下方；所述折叠输出滑块(11C)可滑动安装于所述伺服输入滑块(11B)的上面，并且，所述折叠输出滑块(11C)的顶部通过第1小滑块(11C-1)与所述扑动长轴(7A)滑动连接；所述动力输入滑块(11A)的顶部通过第2小滑块(11A-1)与所述扑动长轴(7A)滑动连接，所述动力输入滑块(11A)用于推动所述折叠输出滑块(11C)在所述伺服输入滑块(11B)上面进行直线往复滑动运动，从而提供折叠的驱动力；

约定翼尖方向为远端，翼根方向为近端；所述内主梁(1)、所述中主梁(2)和所述外主梁(3)共同构成骨架主梁，分别对应模仿飞行脊椎动物的翅膀骨骼的肱骨、尺挠骨、掌指骨，为主要承重梁；所述内主梁(1)的近端与所述扑动短轴(7B)的上下两端铰接，当所述扑动短轴(7B)进行上下扑动时，带动所述内主梁(1)进行上下扑动；所述内主梁(1)的靠近远端的位置开设有沿内主梁长度方向的第1滑槽(1.1)，所述第1滑槽(1.1)中安装第1铰接轴(1.2)；所述中主梁(2)的近端与所述第1铰接轴(1.2)铰接；所述中主梁(2)的远端与所述外主梁(3)的近端铰接；

所述内前梁(1A)、所述内后梁(1B)、所述中前梁(2A)和所述中后梁(2B)均为折叠辅助连杆；所述内前梁(1A)和所述内后梁(1B)分别位于所述内主梁(1)的前后两侧，所述内前梁(1A)的近端与所述扑动长轴(7A)的前端铰接；所述内前梁(1A)的靠近近端位置通过第2铰接轴(1A-1)与所述第2折叠连杆(9B)的一端铰接，所述第2折叠连杆(9B)的另一端与所述折叠输出滑块(11C)的第1小滑块(11C-1)铰接，所述折叠输出滑块(11C)通过所述第2折叠连杆(9B)带动所述内前梁(1A)进行折叠动作；所述内后梁(1B)的近端与所述扑动长轴(7A)铰接；所述滑槽连杆(6)开设有第2滑槽(6.1)，所述第2滑槽(6.1)穿过所述第1铰接轴(1.2)，所述滑槽连杆(6)的一端与所述内前梁(1A)的远端铰接；所述滑槽连杆(6)的另一端与所述内后梁(1B)的远端铰接；所述滑槽连杆(6)、所述内后梁(1B)、所述十字扑动轴(7)和所述内前梁(1A)共同构成第一个平行四边形四杆机构；

所述中前梁(2A)和所述中后梁(2B)分别位于所述中主梁(2)的前后两侧；所述中前梁(2A)的近端、与所述内前梁(1A)和所述滑槽连杆(6)的铰接点进行铰接；设所述中主梁(2)和所述外主梁(3)的铰接轴为第3铰接轴(12)，所述中前梁(2A)的远端与所述第3铰接轴(12)铰接；所述中后梁(2B)的近端与所述内主梁(1)的远端铰接；所述中后梁(2B)的远端与所述外主梁(3)的靠近近端位置通过第4铰接轴(13A)铰接；所述外主梁(3)、所述中后梁(2B)、所述内主梁(1)和所述中主梁(2)构成第二个平行四边形四杆机构；

所述第1仿生翼肋(4)和所述第2仿生翼肋(5)的前端与所述第3铰接轴(12)铰接；所述第1仿生翼肋(4)和所述第2仿生翼肋(5)的肋上各开设第1翼肋滑槽(4A)和第2翼肋滑槽(5A)，所述中后梁(2B)固定安装第1滑杆(2B-1)和第2滑杆(2B-2)，所述第1滑杆(2B-1)穿过所述第1翼肋滑槽(4A)，而形成一个滑动副；所述第2滑杆(2B-2)穿过所述第2翼肋滑槽(5A)，而形成另一个滑动副；所述第2仿生翼肋(5)用于模拟蝙蝠的第五指；所述第1仿生翼肋(4)用于模拟蝙蝠的第四指。

优选的，还包括蒙皮(10)；所述蒙皮(10)覆于机翼上表面，且仅与所述内主梁(1)、所述中主梁(2)、所述外主梁(3)、所述第1仿生翼肋(4)和所述第2仿生翼肋(5)胶接。

优选的，所述内主梁(1)与所述中主梁(2)的长度比值为0.5～1；所述中主梁(2)与所述外主梁(3)的长度比值为0.5～1。

优选的，机翼平面展弦比为5.5～8。

优选的，所述伺服输入滑块(11B)的侧面开设水平设置的第1导槽(12B)，所述第1导槽(12B)的一端形成下弯弧形，下弯弧形的底部为死点位置；所述折叠输出滑块(11C)的侧面设置垂直的直线导槽(12C)，圆柱销(13)的一端嵌入到所述直线导槽(12C)中，可沿所述直线导槽(12C)滑动，圆柱销(13)的另一端嵌入到所述第1导槽(12B)中，可沿所述第1导槽(12B)自由滑动；

所述动力输入滑块(11A)的侧面设置向上弯曲弧形的第2导槽(12A)，第2导槽(12A)的顶点为死点位置；所述第2导槽(12A)的底部与所述第1导槽(12B)的下弯弧形底部位于同一高度；

在伺服输入滑块(11B)给定的范围内，圆柱销(13)位于第1导槽(12B)的死点，此时所述折叠输出滑块(11C)位于所述伺服输入滑块(11B)的前端；动力输入滑块(11A)与所述折叠输出滑块(11C)分离；

当需要使机翼折叠时，所述动力输入滑块(11A)在动力机构驱动作用下向所述折叠输出滑块(11C)移动，当所述第2导槽(12A)与所述圆柱销(13)的侧面刚好接触时，所述动力输入滑块(11A)开始推动所述折叠输出滑块(11C)沿所述第1导槽(12B)向后运动；在运动过程中，所述圆柱销(13)已滑动到所述第2导槽(12A)的顶点位置，并且，在运动过程中，机翼进行折叠动作；

当所述折叠输出滑块(11C)被所述动力输入滑块(11A)推动到最大行程位置时，带动机翼折叠至最小状态；

然后，所述动力输入滑块(11A)在动力机构驱动作用下反向向前运动，所述动力输入滑块(11A)带动所述折叠输出滑块(11C)一同向前运动，在此过程中，机翼开始展开；

当带动所述折叠输出滑块(11C)运动到伺服输入滑块(11B)的锁定位置时，即：圆柱销(13)滑入到第1导槽(12B)的死点位置时，机翼完全展开。

本发明提供的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼具有以下优点：

扑动翼的结构参考了飞行脊椎动物的翼的解剖学共同特征，模仿肱骨、尺挠骨、掌指骨，将扑动翼分为内段、中段、外段；每段由内主梁、中主梁、外主梁承受主要载荷，和前后副梁与其他辅助连杆通过若干转动副、滑动副相连，构成一个复杂的多连杆机构，可以准确地模拟飞行脊椎动物的折叠动作。具有气动效率高、仿生程度高以及可控性好的优点。

附图说明

图1为本发明提供的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼的整体立体结构示意图；

图2为本发明提供的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼的俯视结构示意图；

图3为本发明提供的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼的近端的局部放大图；

图4为本发明提供的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼的远端的局部放大图；

图5为本发明提供的带蒙皮的机翼折叠后状态图；

图6为本发明提供的折叠控制器的立体图；

图7为本发明提供的折叠控制器的侧视图；

图8为本发明提供的机翼在半折叠状态时的原理简图；

图9为本发明提供的机翼在完全展开状态时的原理简图；

图10为本发明提供的机翼在完全折叠状态时的原理简图；

图11为本发明提供的机翼下扑至最低位置且完全展开时的状态图；

图12为本发明提供的机翼上抬并开始折叠时的状态图；

图13为本发明提供的机翼上抬至水平位置且折叠至最小状态时的状态图；

图14为本发明提供的机翼上抬并开始展开的状态图；

图15为本发明提供的机翼上抬至最高位置且完全展开的状态图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了克服现有扑翼机翼气动效率低、可控性差、性能与自然界中飞行生物相去甚远的不足，本发明提供了一种仿鸟类与蝙蝠的可折叠扑翼机翼，扑动翼的结构参考了飞行脊椎动物的翼的解剖学共同特征，模仿肱骨、尺挠骨、掌指骨，将扑动翼分为内段、中段、外段；每段由内主梁、中主梁、外主梁承受主要载荷，和前后副梁与其他辅助连杆通过若干转动副、滑动副相连，构成一个复杂的多连杆机构，可以准确地模拟飞行脊椎动物的折叠动作。

参考图1-图4，在附图中是以左翼为例示出的，扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，包括内主梁1、内前梁1A、内后梁1B、中主梁2、中前梁2A、中后梁2B、外主梁3、第1仿生翼肋4、第2仿生翼肋5、滑槽连杆6、十字扑动轴7、第2折叠连杆9B和折叠控制器；各梁与连杆均以3d打印工艺制成主体与末端铰链连接，内部穿以复合碳纤杆并粘合。

十字扑动轴7包括呈十字形交叉设置的扑动长轴7A和扑动短轴7B；十字扑动轴可与动力源连接，进行上下扑动运动。在附图中，十字扑动轴的扑动短轴通过圆锥套筒摇臂8与动力源连接，动力源通过圆锥套筒摇臂8带动扑动短轴上下扑动。本申请对具体如何实现十字扑动轴的上下扑动的结构方式并不限制，可使用现有技术中任何机构实现。

折叠控制器用于驱动机翼实现折叠动作，包括动力输入滑块11A、伺服输入滑块11B和折叠输出滑块11C；伺服输入滑块11B悬挂安装于扑动长轴7A的下方；折叠输出滑块11C可滑动安装于伺服输入滑块11B的上面，并且，折叠输出滑块11C的顶部通过第1小滑块11C-1与扑动长轴7A滑动连接；动力输入滑块11A的顶部通过第2小滑块11A-1与扑动长轴7A滑动连接，动力输入滑块11A用于推动折叠输出滑块11C在伺服输入滑块11B上面进行直线往复滑动运动，从而提供折叠的驱动力，由于为直线往复运动，因此，可实现机翼从展开状态到折叠状态，以及再从折叠状态回到展开状态的周期循环。

约定翼尖方向为远端，翼根方向为近端；内主梁1、中主梁2和外主梁3共同构成骨架主梁，分别对应模仿飞行脊椎动物的翅膀骨骼的肱骨、尺挠骨、掌指骨，为主要承重梁，折叠时以每段之间的铰链旋转折叠；内主梁1的近端与扑动短轴7B的上下两端铰接，当扑动短轴7B进行上下扑动时，带动内主梁1进行上下扑动；内主梁1的靠近远端的位置开设有沿内主梁长度方向的第1滑槽1.1，第1滑槽1.1中安装第1铰接轴1.2；中主梁2的近端与第1铰接轴1.2铰接；中主梁2的远端与外主梁3的近端铰接；

内前梁1A、内后梁1B、中前梁2A和中后梁2B均为折叠辅助连杆；可见，折叠辅助连杆分为内、中两部分；内前梁1A和内后梁1B分别位于内主梁1的前后两侧，内前梁1A的近端与扑动长轴7A的前端铰接；内前梁1A的靠近近端位置通过第2铰接轴1A-1与第2折叠连杆9B的一端铰接，第2折叠连杆9B的另一端与折叠输出滑块11C的第1小滑块11C-1铰接，折叠输出滑块11C通过第2折叠连杆9B带动内前梁1A进行折叠动作；内后梁1B的近端与扑动长轴7A铰接；滑槽连杆6开设有第2滑槽6.1，第2滑槽6.1穿过第1铰接轴1.2，滑槽连杆6的一端与内前梁1A的远端铰接；滑槽连杆6的另一端与内后梁1B的远端铰接；滑槽连杆6、内后梁1B、十字扑动轴7和内前梁1A共同构成第一个平行四边形四杆机构；

中前梁2A和中后梁2B分别位于中主梁2的前后两侧；中前梁2A的近端、与内前梁1A和滑槽连杆6的铰接点进行铰接；设中主梁2和外主梁3的铰接轴为第3铰接轴12，中前梁2A的远端与第3铰接轴12铰接；中后梁2B的近端与内主梁1的远端铰接；中后梁2B的远端与外主梁3的靠近近端位置通过第4铰接轴13A铰接；外主梁3、中后梁2B、内主梁1和中主梁2构成第二个平行四边形四杆机构；

第1仿生翼肋4和第2仿生翼肋5的前端与第3铰接轴12铰接；第1仿生翼肋4和第2仿生翼肋5的肋上各开设第1翼肋滑槽4A和第2翼肋滑槽5A，中后梁2B固定安装第1滑杆2B-1和第2滑杆2B-2，第1滑杆2B-1穿过第1翼肋滑槽4A，而形成一个滑动副；第2滑杆2B-2穿过第2翼肋滑槽5A，而形成另一个滑动副；第2仿生翼肋5用于模拟蝙蝠的第五指；第1仿生翼肋4用于模拟蝙蝠的第四指。

还包括蒙皮10；蒙皮10覆于机翼上表面，且仅与内主梁1、中主梁2、外主梁3、第1仿生翼肋4和第2仿生翼肋5胶接。仿生翼肋起支撑蒙皮的作用。蒙皮可采用为聚醚薄膜。本发明中，蒙皮只与内、中、外主梁和两个翼肋胶接固定，与其余的辅助连杆无连接，与铰链关节无连接，骨架可自由转动折叠。蒙皮在骨架展开到最大位置时绷紧。

作为一种具体实现方式，内主梁1与中主梁2的长度比值为0.5～1；中主梁2与外主梁3的长度比值为0.5～1。折叠辅助连杆的各梁长度尺寸由骨架主梁的尺寸确定，并保证折叠运动的顺利。机翼平面展弦比为5.5～8。

参考图8、图9和图10，分别为机翼折叠状态、完全展开状态和完全折叠状态的原理简图。

机翼从图8变化到图10的过程为：

滑槽连杆6、内后梁1B、十字扑动轴7和内前梁1A共同构成第一个平行四边形四杆机构；外主梁3、中后梁2B、内主梁1和中主梁2构成第二个平行四边形四杆机构；

当在折叠控制器的动力输入滑块11A向下运动时，推动折叠输出滑块11C向下运动，而折叠输出滑块11C与内前梁1A通过第2折叠连杆9B连接，因此，当折叠输出滑块11C通过第2折叠连杆9B拉动内前梁1A向内折叠运动；当内前梁1A向内折叠运动时，由于滑槽连杆6、内后梁1B、十字扑动轴7和内前梁1A共同构成第一个平行四边形四杆机构，因此，带动滑槽连杆6和内后梁1B均向内进行折叠运动；又由于内前梁1A与中前梁2A铰接，因此，当内前梁1A进行折叠运动时，带动中前梁2A进行折叠运动；

当滑槽连杆6进行折叠运动时，由于滑槽连杆6和内主梁1铰接，因此，带动内主梁1进行折叠运动；当内主梁1进行折叠运动时，由于内主梁1分别与中主梁2和中后梁2B铰接，因此，带动中主梁2和中后梁2B进行折叠运动；

由于外主梁3、中后梁2B、内主梁1和中主梁2构成第二个平行四边形四杆机构；因此，当中主梁2和中后梁2B进行折叠运动时，带动外主梁3进行折叠运动，从而完成整个机翼的折叠过程。

机翼展开过程，为机翼折叠过程的逆过程，在此不再赘述。

本发明提供的仿鸟类与蝙蝠的可折叠扑翼机翼，当十字扑动轴7在扑动驱动机构作用下扑动时，由于扑动短轴7B与内主梁1和内前梁1A均铰接，因此，可通过内主梁1和内前梁1A带动整个机翼进行上下扑动；由于与两个梁均有连接关系，因此，扑动可靠性高。由于第2折叠连杆9B的一端与内前梁1A铰接，第2折叠连杆9B的另一端与折叠控制器铰接，因此，在折叠控制器的驱动下，直接通过第2折叠连杆9B带动内前梁1A进行折叠或展开动作，再依次通过第1个四连杆的力传递作用和第2个四连杆的力传递作用，可实现机翼整体的折叠或展开动作，折叠或展开动作的可靠性高。

对于本发明提供的折叠控制器，主要用于实现机翼折叠或展开的动力。作为一种具体实现方式，本发明提供一种机构简单可靠、可实现折叠过程和展开过程循环的控制器。

参考图6和图7，折叠控制器11包括动力输入滑块11A、伺服输入滑块11B和折叠输出滑块11C。各零件由铝合金铣制而成。

伺服输入滑块11B的侧面开设水平设置的第1导槽12B，第1导槽12B的一端形成下弯弧形，下弯弧形的底部为死点位置；折叠输出滑块11C的侧面设置垂直的直线导槽12C，圆柱销13的一端嵌入到直线导槽12C中，可沿直线导槽12C滑动，圆柱销13的另一端嵌入到第1导槽12B中，可沿第1导槽12B自由滑动；

动力输入滑块11A的侧面设置向上弯曲弧形的第2导槽12A，第2导槽12A的顶点为死点位置；第2导槽12A的底部与第1导槽12B的下弯弧形底部位于同一高度；

在伺服输入滑块11B给定的范围内，圆柱销13位于第1导槽12B的死点，此时折叠输出滑块11C位于伺服输入滑块11B的前端；动力输入滑块11A与折叠输出滑块11C分离；

当需要使机翼折叠时，动力输入滑块11A在动力机构驱动作用下向折叠输出滑块11C移动，当第2导槽12A与圆柱销13的侧面刚好接触时，动力输入滑块11A开始推动折叠输出滑块11C沿第1导槽12B向后运动；在运动过程中，圆柱销13已滑动到第2导槽12A的顶点位置，并且，在运动过程中，机翼进行折叠动作；参考图11，为机翼下扑至最低位置且完全展开时的状态图；参考图12，为机翼上抬并开始折叠时的状态图；

当折叠输出滑块11C被动力输入滑块11A推动到最大行程位置时，带动机翼折叠至最小状态；参考图13，为机翼上抬至水平位置且折叠至最小状态时的状态图；

然后，动力输入滑块11A在动力机构驱动作用下反向向前运动，动力输入滑块11A带动折叠输出滑块11C一同向前运动，在此过程中，机翼开始展开；参考图14，为机翼上抬并开始展开的状态图；

当带动折叠输出滑块11C运动到伺服输入滑块11B的锁定位置时，即：圆柱销13滑入到第1导槽12B的死点位置时，机翼完全展开。参考图15，为机翼上抬至最高位置且完全展开的状态图。

由此可见，折叠输出滑块11C进行一次往复直线运动，即可实现机翼从完全展开状态、到完全折叠状态、再到完全展开状态的一个循环过程。

本发明中，动力输入滑块提供驱动系统的往复运动，动力输入滑块可具体通过第1折叠连杆9A与动力源连接，通过动力源提供直线往复运动的驱动力，本发明对具体采用何种动力源的结构并不限制，可以采用现有技术中任何可提供直线往复运动的动力源实现。

本发明中，伺服输入滑块可以配以电机，从而可根据需求调节其在机身侧面的位置，通过调节位置，可提供伺服系统作动器的控制量；动力输入滑块11A提供驱动系统的往复运动，折叠输出滑块将两种输入运动耦合后输出，以完成翼的折叠。其中，伺服输入滑块决定了折叠输出滑块行程范围的上限，因此当伺服输入滑块的位置确定后，折叠输出滑块必然需要沿伺服输入滑块上的滑槽滑动，因此，具有行程范围的上限：在伺服输入滑块给定的范围内，折叠输出滑块跟随动力输入滑块运动；超出该范围后，折叠输出滑块与动力输入滑块分离，转而锁定于伺服输入滑块限定范围的最大位置处，而该行程上限受伺服系统控制。折叠输出滑块11C的可用行程是动力输入滑块11A可用行程的0.5-1倍。三个滑块间的随动与分离功能由各滑块上的导槽以及一个圆柱销的组合运动来实现。

具体的，在伺服输入滑块11B给定的范围内，圆柱销位于第2导槽12A的死点，但可在第1导槽12B上自由滑动，此时动力输入滑块11A与折叠输出滑块11C固连并可在伺服输入滑块11B内自由滑动，当圆柱销13滑动到第1导槽12B的死点时，折叠输出滑块11C被锁止于该死点，动力输入滑块11A与折叠输出滑块11C分离并可自由移动。

本发明提供的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼具有以下优点：

扑动翼的结构参考了飞行脊椎动物的翼的解剖学共同特征，模仿肱骨、尺挠骨、掌指骨，将扑动翼分为内段、中段、外段；每段由内主梁、中主梁、外主梁承受主要载荷，和前后副梁与其他辅助连杆通过若干转动副、滑动副相连，构成一个复杂的多连杆机构，可以准确地模拟飞行脊椎动物的折叠动作。具有气动效率高、仿生程度高以及可控性好的优点。

本发明提供的机翼铰链布置参考鸟类等飞行生物，在完全展开时具有合理的刚度分布与弹性变形，扑动过程中能够提供更大的气动升力和推力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其特征在于，包括内主梁(1)、内前梁(1A)、内后梁(1B)、中主梁(2)、中前梁(2A)、中后梁(2B)、外主梁(3)、第1仿生翼肋(4)、第2仿生翼肋(5)、滑槽连杆(6)、十字扑动轴(7)、第2折叠连杆(9B)和折叠控制器；

所述十字扑动轴(7)包括呈十字形交叉设置的扑动长轴(7A)和扑动短轴(7B)；

所述折叠控制器包括动力输入滑块(11A)、伺服输入滑块(11B)和折叠输出滑块(11C)；所述伺服输入滑块(11B)悬挂安装于所述扑动长轴(7A)的下方；所述折叠输出滑块(11C)可滑动安装于所述伺服输入滑块(11B)的上面，并且，所述折叠输出滑块(11C)的顶部通过第1小滑块(11C-1)与所述扑动长轴(7A)滑动连接；所述动力输入滑块(11A)的顶部通过第2小滑块(11A-1)与所述扑动长轴(7A)滑动连接，所述动力输入滑块(11A)用于推动所述折叠输出滑块(11C)在所述伺服输入滑块(11B)上面进行直线往复滑动运动，从而提供折叠的驱动力；

约定翼尖方向为远端，翼根方向为近端；所述内主梁(1)、所述中主梁(2)和所述外主梁(3)共同构成骨架主梁，分别对应模仿飞行脊椎动物的翅膀骨骼的肱骨、尺挠骨、掌指骨，为主要承重梁；所述内主梁(1)的近端与所述扑动短轴(7B)的上下两端铰接，当所述扑动短轴(7B)进行上下扑动时，带动所述内主梁(1)进行上下扑动；所述内主梁(1)的靠近远端的位置开设有沿内主梁长度方向的第1滑槽(1.1)，所述第1滑槽(1.1)中安装第1铰接轴(1.2)；所述中主梁(2)的近端与所述第1铰接轴(1.2)铰接；所述中主梁(2)的远端与所述外主梁(3)的近端铰接；

所述内前梁(1A)、所述内后梁(1B)、所述中前梁(2A)和所述中后梁(2B)均为折叠辅助连杆；所述内前梁(1A)和所述内后梁(1B)分别位于所述内主梁(1)的前后两侧，所述内前梁(1A)的近端与所述扑动长轴(7A)的前端铰接；所述内前梁(1A)的靠近近端位置通过第2铰接轴(1A-1)与所述第2折叠连杆(9B)的一端铰接，所述第2折叠连杆(9B)的另一端与所述折叠输出滑块(11C)的第1小滑块(11C-1)铰接，所述折叠输出滑块(11C)通过所述第2折叠连杆(9B)带动所述内前梁(1A)进行折叠动作；所述内后梁(1B)的近端与所述扑动长轴(7A)铰接；所述滑槽连杆(6)开设有第2滑槽(6.1)，所述第2滑槽(6.1)穿过所述第1铰接轴(1.2)，所述滑槽连杆(6)的一端与所述内前梁(1A)的远端铰接；所述滑槽连杆(6)的另一端与所述内后梁(1B)的远端铰接；所述滑槽连杆(6)、所述内后梁(1B)、所述十字扑动轴(7)和所述内前梁(1A)共同构成第一个平行四边形四杆机构；

所述中前梁(2A)和所述中后梁(2B)分别位于所述中主梁(2)的前后两侧；所述中前梁(2A)的近端、与所述内前梁(1A)和所述滑槽连杆(6)的铰接点进行铰接；设所述中主梁(2)和所述外主梁(3)的铰接轴为第3铰接轴(12)，所述中前梁(2A)的远端与所述第3铰接轴(12)铰接；所述中后梁(2B)的近端与所述内主梁(1)的远端铰接；所述中后梁(2B)的远端与所述外主梁(3)的靠近近端位置通过第4铰接轴(13A)铰接；所述外主梁(3)、所述中后梁(2B)、所述内主梁(1)和所述中主梁(2)构成第二个平行四边形四杆机构；

所述第1仿生翼肋(4)和所述第2仿生翼肋(5)的前端与所述第3铰接轴(12)铰接；所述第1仿生翼肋(4)和所述第2仿生翼肋(5)的肋上各开设第1翼肋滑槽(4A)和第2翼肋滑槽(5A)，所述中后梁(2B)固定安装第1滑杆(2B-1)和第2滑杆(2B-2)，所述第1滑杆(2B-1)穿过所述第1翼肋滑槽(4A)，而形成一个滑动副；所述第2滑杆(2B-2)穿过所述第2翼肋滑槽(5A)，而形成另一个滑动副；所述第2仿生翼肋(5)用于模拟蝙蝠的第五指；所述第1仿生翼肋(4)用于模拟蝙蝠的第四指。

2.根据权利要求1所述的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其特征在于，还包括蒙皮(10)；所述蒙皮(10)覆于机翼上表面，且仅与所述内主梁(1)、所述中主梁(2)、所述外主梁(3)、所述第1仿生翼肋(4)和所述第2仿生翼肋(5)胶接。

3.根据权利要求1所述的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其特征在于，所述内主梁(1)与所述中主梁(2)的长度比值为0.5～1；所述中主梁(2)与所述外主梁(3)的长度比值为0.5～1。

4.根据权利要求1所述的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其特征在于，机翼平面展弦比为5.5～8。

5.根据权利要求1所述的扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其特征在于，所述伺服输入滑块(11B)的侧面开设水平设置的第1导槽(12B)，所述第1导槽(12B)的一端形成下弯弧形，下弯弧形的底部为死点位置；所述折叠输出滑块(11C)的侧面设置垂直的直线导槽(12C)，圆柱销(13)的一端嵌入到所述直线导槽(12C)中，可沿所述直线导槽(12C)滑动，圆柱销(13)的另一端嵌入到所述第1导槽(12B)中，可沿所述第1导槽(12B)自由滑动；

所述动力输入滑块(11A)的侧面设置向上弯曲弧形的第2导槽(12A)，第2导槽(12A)的顶点为死点位置；所述第2导槽(12A)的底部与所述第1导槽(12B)的下弯弧形底部位于同一高度；

在伺服输入滑块(11B)给定的范围内，圆柱销(13)位于第1导槽(12B)的死点，此时所述折叠输出滑块(11C)位于所述伺服输入滑块(11B)的前端；动力输入滑块(11A)与所述折叠输出滑块(11C)分离；

当需要使机翼折叠时，所述动力输入滑块(11A)在动力机构驱动作用下向所述折叠输出滑块(11C)移动，当所述第2导槽(12A)与所述圆柱销(13)的侧面刚好接触时，所述动力输入滑块(11A)开始推动所述折叠输出滑块(11C)沿所述第1导槽(12B)向后运动；在运动过程中，所述圆柱销(13)已滑动到所述第2导槽(12A)的顶点位置，并且，在运动过程中，机翼进行折叠动作；

当所述折叠输出滑块(11C)被所述动力输入滑块(11A)推动到最大行程位置时，带动机翼折叠至最小状态；

然后，所述动力输入滑块(11A)在动力机构驱动作用下反向向前运动，所述动力输入滑块(11A)带动所述折叠输出滑块(11C)一同向前运动，在此过程中，机翼开始展开；

当带动所述折叠输出滑块(11C)运动到伺服输入滑块(11B)的锁定位置时，即：圆柱销(13)滑入到第1导槽(12B)的死点位置时，机翼完全展开。

Images