CN109204810A - 微型扑翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型扑翼飞行器，包括X形软铁芯、机架、线圈、动子、周边有槽轮、橡胶圈、机翼、橡胶垫、舵机、舵机连杆、尾翼。该扑翼飞行器包括两个机翼，两个机翼由同一个动子直接带动，扑翼机构简单。该扑翼飞行器重心低，滚转稳定性高，可以不对该扑翼飞行器的滚转进行控制。该扑翼飞行器可以使用高刚度机翼，而且扑翼飞行器立轴竖直时，动子大幅度摆动时，机翼上扑过程机翼在水平面上的正投影平均面积小，机翼下扑过程机翼在水平面上的正投影平均面积大，机翼产生的升力大。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器领域，具体是一种微型扑翼飞行器。
背景技术
自然界中能够飞行的昆虫、鸟类、蝙蝠均采用扑翼飞行，具有高机动性和低能耗的特点。扑翼飞行器是有别于固定翼飞行器、旋翼飞行器的飞行器，它是采用昆虫、鸟类、蝙蝠飞行方式的飞行器，在军用、民用方面用途广泛。已有多种扑翼飞行器实现了飞行，例如德国费斯托公司的“SmartBird”扑翼飞行器。
在现有技术中扑翼飞行器中存在以下问题:
1、一侧机翼上扑时另一侧机翼也要上扑，一侧机翼下扑时另一侧机翼也要下扑，扑翼机构复杂。
2、机翼的刚度不够大，机翼产生的升力难以进一步提高。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种微型扑翼飞行器。
本发明包括X形软铁芯、机架、线圈、动子、周边有槽轮、橡胶圈、机翼、橡胶垫、舵机、舵机连杆、尾翼。
所述的X形软铁芯固定在机架上，X形软铁芯中心有一个通孔，通孔轴线与扑翼飞行器纵轴平行，X形软铁芯的外侧为圆弧，其中圆弧的圆心在通孔轴线上。X形软铁芯上缠绕有线圈，线圈与电源连接。X形软铁芯被动子包围，动子通过第一摆转副与机架连接，第一摆转副穿过X形软铁芯中心的通孔，第一摆转副轴线与X形软铁芯中心通孔轴线重合。动子上固定有圆环型导磁材料，圆环形导磁材料中“圆环”的圆心在第一摆转副轴线上；圆环型导磁材料内侧固定有四块圆弧形永磁体，圆弧形永磁体中“圆弧”的圆心在第一摆转副轴线上。圆弧形永磁体充磁方式为辐射充磁，两块圆弧形永磁体的N极在内侧，另外两块圆弧形永磁体的S极在内侧，这两种圆弧形永磁体间隔排列。
当扑翼飞行器静止时，从正前方观察扑翼飞行器，给线圈施加正向电压时，动子受到的磁场力使动子获得顺时针方向的力矩；给线圈施加反向电压时，动子受到的磁场力使动子获得逆时针方向的力矩。所述的周边有槽轮共有两个，一个周边有槽轮通过第二摆转副与动子连接，第二摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴平行，另一个周边有槽轮通过第三摆转副与机架连接，第三摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴平行。所述的橡胶圈绷紧在两个周边有槽轮之间，使得扑翼飞行器静止时第一摆转副轴线、第二摆转副轴线、第三摆转副轴线在一个平面内，动子围绕第一摆转副轴线摆动离开平衡位置时橡胶圈提供回复力。
所述的机翼通过第四摆转副与动子连接，第四摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴垂直。给线圈通频率始终不变的方波交流电，机翼会围绕第一摆转副轴线摆动，通过改变一个周期内给线圈施加电压的时间来改变动子摆动幅度，动子最大摆动幅度小于90度，动子围绕第一摆转副轴线顺时针摆动和逆时针摆动可以达到的最大角度相同。交流电的频率要接近机翼围绕第一摆转副轴线摆动的固有频率。
动子上固定有凸起，凸起限制机翼围绕第四摆转副轴线摆动范围，使得当扑翼飞行器立轴竖直时，动子大幅度摆动时，机翼上扑过程机翼在水平面上的正投影平均面积小，机翼下扑过程机翼在水平面上的正投影平均面积大。凸起上包有橡胶垫，当动子大幅度摆动时，机翼根部的与橡胶垫碰撞。
该扑翼飞行器包括两个机翼，每个机翼分别通过一个第四摆转副与同一个动子连接，左侧机翼处于上扑过程时右侧机翼处于下扑过程，左侧机翼处于下扑过程时右侧机翼处于上扑过程。所述的舵机的底座固定在机架上，舵机通过舵机连杆操纵尾翼，尾翼通过第五摆转副与机架连接，第五摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴垂直。该微型扑翼飞行器包括两个尾翼，两个尾翼组成V形尾翼，每个尾翼分别由一个舵机操纵，可以实现对飞行器俯仰和偏航的控制。该扑翼飞行器重心低，滚转稳定性高，可以不对该扑翼飞行器的滚转进行控制。
本发明有益效果在于：
1、该扑翼飞行器包括两个机翼，两个机翼由同一个动子直接带动，扑翼机构简单。
2、该扑翼飞行器可以使用高刚度机翼，而且扑翼飞行器立轴竖直时，动子大幅度摆动时，机翼上扑过程机翼在水平面上的正投影平均面积小，机翼下扑过程机翼在水平面上的正投影平均面积大，机翼产生的升力大。
附图说明
图1为本发明的轴测图。
图2为本发明的俯视图，图中左侧机翼处于下扑过程，右侧机翼处于上扑过程。
图3为本发明的X形软铁芯的轴测图。
图4为本发明机架的轴测图。
图5为本发明的线圈的轴测图。
图6为本发明X形软铁芯、线圈的轴测图。
图7为本发明动子的轴测图。
图8为本发明X形软铁芯、线圈、圆环型导磁材料、圆弧形永磁体的轴测图。
图9为本发明周边有槽轮的轴测图。
图10为动子围绕第一摆转副轴线摆动离开平衡位置时本发明的轴测图。
图11为本发明机翼的轴测图。
图12为本发明动子、橡胶垫的轴测图。
图13为本发明舵机的轴测图。
图14为本发明舵机连杆的轴测图。
图15为本发明尾翼的轴测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的微型扑翼飞行器，如图1、图2所示。该微型扑翼飞行器包括X形软铁芯1、机架2、线圈3、动子4、周边有槽轮5、橡胶圈6、机翼7、橡胶垫8、舵机9、舵机连杆10、尾翼11。
所述的X形软铁芯1固定在机架2上。X形软铁芯1如图3所示，机架2如图4所示。X形软铁芯1中心有一个通孔，通孔轴线与扑翼飞行器纵轴平行，X形软铁芯1的外侧为圆弧，其中圆弧的圆心在通孔轴线上。X形软铁芯1上缠绕有线圈3，线圈3与电源连接。线圈3如图5所示。X形软铁芯1、线圈3如图6所示。X形软铁芯1被动子4包围，动子4通过第一摆转副与机架2连接，第一摆转副穿过X形软铁芯1中心的通孔，第一摆转副轴线与X形软铁芯1中心通孔轴线重合。动子4如图7所示。动子4上固定有圆环型导磁材料12，圆环形导磁材料12中“圆环”的圆心在第一摆转副轴线上；圆环型导磁材料12内侧固定有四块圆弧形永磁体13，圆弧形永磁体13中“圆弧”的圆心在第一摆转副轴线上。圆弧形永磁体13充磁方式为辐射充磁，两块圆弧形永磁体13的N极在内侧，另外两块圆弧形永磁体13的S极在内侧，这两种圆弧形永磁体13间隔排列。X形软铁芯1、线圈3、圆环型导磁材料12、圆弧形永磁体13如图8所示。
当扑翼飞行器静止时，从正前方观察扑翼飞行器，给线圈3施加正向电压时，动子4受到的磁场力使动子4获得顺时针方向的力矩；给线圈3施加反向电压时，动子4受到的磁场力使动子4获得逆时针方向的力矩。所述的周边有槽轮5共有两个，一个周边有槽轮5通过第二摆转副与动子4连接，第二摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴平行，另一个周边有槽轮5通过第三摆转副与机架2连接，第三摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴平行。周边有槽轮5如图9所示。所述的橡胶圈6绷紧在两个周边有槽轮5之间，使得扑翼飞行器静止时第一摆转副轴线、第二摆转副轴线、第三摆转副轴线在一个平面内，动子4围绕第一摆转副轴线摆动离开平衡位置时橡胶圈6提供回复力。动子4围绕第一摆转副轴线摆动离开平衡位置时本发明如图10所示。
所述的机翼7通过第四摆转副与动子4连接，第四摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴垂直。机翼7如图11所示。给线圈3通频率始终不变的方波交流电，机翼7会围绕第一摆转副轴线摆动，通过改变一个周期内给线圈3施加电压的时间来改变动子4摆动幅度，动子4最大摆动幅度小于90度，动子4围绕第一摆转副轴线顺时针摆动和逆时针摆动可以达到的最大角度相同。交流电的频率要接近机翼7围绕第一摆转副轴线摆动的固有频率。
动子4上固定有凸起14，凸起14限制机翼7围绕第四摆转副轴线摆动范围，使得当扑翼飞行器立轴竖直时，动子4大幅度摆动时，机翼7上扑过程机翼7在水平面上的正投影平均面积小，机翼7下扑过程机翼7在水平面上的正投影平均面积大。凸起14上包有橡胶垫8，当动子4大幅度摆动时，机翼7根部的杆15与橡胶垫8碰撞。动子4、橡胶垫8如图12所示。
该扑翼飞行器包括两个机翼7，每个机翼7分别通过一个第四摆转副与同一个动子4连接，左侧机翼7处于上扑过程时右侧机翼7处于下扑过程，左侧机翼7处于下扑过程时右侧机翼7处于上扑过程。所述的舵机9的底座固定在机架2上。舵机9如图13所示。舵机9通过舵机连杆10操纵尾翼11，尾翼11通过第五摆转副与机架2连接，第五摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴垂直。舵机连杆10如图14所示，尾翼11如图15所示。该微型扑翼飞行器包括两个尾翼11，两个尾翼11组成V形尾翼，每个尾翼11分别由一个舵机9操纵，可以实现对飞行器俯仰和偏航的控制。该扑翼飞行器重心低，滚转稳定性高，可以不对该扑翼飞行器的滚转进行控制。
本发明具体应用途径很多，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种微型扑翼飞行器，其特征在于：包括X形软铁芯（1）、机架（2）、线圈（3）、动子（4）、周边有槽轮（5）、橡胶圈（6）、机翼（7）、橡胶垫（8）、舵机（9）、舵机连杆（10）、尾翼（11）；
所述的X形软铁芯（1）固定在机架（2）上，X形软铁芯（1）中心有一个通孔，通孔轴线与扑翼飞行器纵轴平行，X形软铁芯（1）的外侧为圆弧，圆弧的圆心在通孔轴线上；X形软铁芯（1）上缠绕有线圈（3），线圈（3）与电源连接；X形软铁芯（1）被动子（4）包围，动子（4）通过第一摆转副与机架（2）连接，第一摆转副穿过X形软铁芯（1）中心的通孔，第一摆转副轴线与X形软铁芯（1）中心通孔轴线重合；动子（4）上固定有圆环型导磁材料（12），圆环形导磁材料（12）中“圆环”的圆心在第一摆转副轴线上；圆环型导磁材料（12）内侧固定有四块圆弧形永磁体（13），圆弧形永磁体（13）中“圆弧”的圆心在第一摆转副轴线上；
当扑翼飞行器静止时，从正前方观察扑翼飞行器，给线圈（3）施加正向电压时，动子（4）受到的磁场力使动子（4）获得顺时针方向的力矩；给线圈（3）施加反向电压时，动子（4）受到的磁场力使动子（4）获得逆时针方向的力矩；
所述的周边有槽轮（5）共有两个，一个周边有槽轮（5）通过第二摆转副与动子（4）连接，第二摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴平行，另一个周边有槽轮（5）通过第三摆转副与机架（2）连接，第三摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴平行；所述的橡胶圈（6）绷紧在两个周边有槽轮（5）之间，使得扑翼飞行器静止时第一摆转副轴线、第二摆转副轴线、第三摆转副轴线在一个平面内，动子（4）围绕第一摆转副轴线摆动离开平衡位置时橡胶圈（6）提供回复力；
所述的机翼（7）通过第四摆转副与动子（4）连接，第四摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴垂直；给线圈（3）通频率始终不变的方波交流电，机翼（7）会围绕第一摆转副轴线摆动，通过改变一个周期内给线圈（3）施加电压的时间来改变动子（4）摆动幅度，动子（4）最大摆动幅度小于90度，动子（4）围绕第一摆转副轴线顺时针摆动和逆时针摆动可以达到的最大角度相同；交流电的频率要接近机翼（7）围绕第一摆转副轴线摆动的固有频率；
该扑翼飞行器包括两个机翼（7），每个机翼（7）分别通过一个第四摆转副与同一个动子（4）连接，左侧机翼（7）处于上扑过程时右侧机翼（7）处于下扑过程，左侧机翼（7）处于下扑过程时右侧机翼（7）处于上扑过程；舵机（9）通过舵机连杆（10）操纵尾翼（11），尾翼（11）通过第五摆转副与机架（2）连接，第五摆转副轴线与扑翼飞行器纵轴垂直。
2.根据权利要求1所述的微型扑翼飞行器，其特征在于：所述的圆弧形永磁体（13）充磁方式为辐射充磁，两块圆弧形永磁体（13）的N极在内侧，另外两块圆弧形永磁体（13）的S极在内侧，这两种圆弧形永磁体（13）间隔排列。
3.根据权利要求1所述的微型扑翼飞行器，其特征在于：所述的动子（4）上固定有凸起（14），凸起（14）限制机翼（7）围绕第四摆转副轴线摆动范围，使得当扑翼飞行器立轴竖直时，动子（4）大幅度摆动时，机翼（7）上扑过程机翼（7）在水平面上的正投影平均面积小，机翼（7）下扑过程机翼（7）在水平面上的正投影平均面积大。
4.根据权利要求3所述的微型扑翼飞行器，其特征在于：所述的凸起（14）上包有橡胶垫（8），当动子（4）大幅度摆动时，机翼（7）根部的杆（15）与橡胶垫（8）碰撞。
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