CN111268125A - 一种多模式微型飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式微型飞行器，包括：外壳、柔性翼、柔性翼驱动组件及中心主轴；中心主轴两端分别通过弹簧B和轴承A支撑在外壳内部，柔性翼驱动组件设置在外壳内部，并安装在中心主轴上，柔性翼驱动组件能够绕中心主轴转动；两个柔性翼安装在柔性翼驱动组件两相对侧，每个柔性翼能够在柔性翼驱动组件的驱动下绕自身翼根所在轴转动；当两个柔性翼中心对称位于柔性翼驱动组件两相对侧时，两个柔性翼作为旋翼，柔性翼驱动组件能够驱动两个柔性翼绕中心主轴旋转；当两个柔性翼轴对称位于柔性翼驱动组件两相对侧时，两个柔性翼作为扑翼，柔性翼驱动组件能够驱动两个柔性翼上下扑动。

Description

一种多模式微型飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种多模式微型飞行器。

背景技术

人类社会不断向高度城镇化发展，因此城市战将是未来关注的热点。城市战显著的特点是战场态势复杂，大规模毁坏及杀伤性武器不会轻易使用，从而，武器装备的隐形化和小型化非常必要。随着群体智能的快速发展，未来城市战可能形势多变，针对上述战场特征，蜂群作战思想结合微型飞行器(飞行平台)成为一个重要的研究方向。蜂群作战以其简洁廉价的飞行平台，通过飞行期间简单的协作来完成比较复杂的系统性任务，从而实现了非常大的效费比。

蜂群作战方式以其良好的集群特性可以实现城市内的侦察探测，并对敌人实施精准打击。微型飞行器尺寸较小，可以通过无人机抛洒或是于隐蔽处自主起飞覆盖于目的区域，然后潜伏于目的区域回传侦察信息，必要时微型飞行器以群体的优势实施精准打击，避免大范围毁坏杀伤，免伤无辜平民。

在微型飞行器设计时，需要满足多种要求，能够垂直地起飞和悬停，具有良好的隐蔽性，高效的气动飞行方式。现有国内外的微型飞行器，多数不能具有多种飞行模式，或者不能满足垂直悬停功能，例如固定翼及扑翼微型飞行器，大大影响微型飞行器的机动灵活性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多模式微型飞行器，结构微型化，具有多种飞行模式，能够显著提高微型飞行器的机动性和隐蔽性。

本发明的技术方案为：一种多模式微型飞行器，包括：外壳、柔性翼、柔性翼驱动组件及中心主轴；

中心主轴两端分别通过弹簧B和轴承A支撑在外壳内部，柔性翼驱动组件设置在外壳内部，并安装在中心主轴上，柔性翼驱动组件能够绕中心主轴转动；两个柔性翼安装在柔性翼驱动组件两相对侧，每个柔性翼能够在柔性翼驱动组件的驱动下绕自身翼根所在轴转动；

当两个柔性翼中心对称位于柔性翼驱动组件两相对侧时，两个柔性翼作为旋翼，柔性翼驱动组件能够驱动两个柔性翼绕中心主轴旋转；

当两个柔性翼轴对称位于柔性翼驱动组件两相对侧时，两个柔性翼作为扑翼，柔性翼驱动组件能够驱动两个柔性翼上下扑动。

优选地，还包括：尾翼和尾翼驱动组件，尾翼驱动组件设置在外壳内部，并从外壳底部设置的四个过孔伸出四个分叉与尾翼相连，尾翼驱动组件能够驱动与其对应的尾翼绕分叉的轴向转动，从而实现所述微型飞行器降落后的行走。

优选地，所述尾翼驱动组件包括：连接件和四个微型电机B；所述连接件为十字交叉结构，其设置在外壳内部，连接件的四个分叉从外壳底部开设的四个过孔伸出外壳，并分别通过一个微型电机B连接一个尾翼，微型电机B能够驱动与其对应的尾翼绕分叉的轴向转动。

优选地，所述柔性翼驱动组件包括：旋翼电机、齿轮系、主轴转盘、微型电机A、电磁驱动器和万向节；

所述主轴转盘中心通过轴承B支撑在中心主轴上，旋翼电机通过齿轮系分别与主轴转盘内啮合、与中心主轴外啮合；两个微型电机A沿周向均匀分布并安装在主轴转盘的盘面上，每个微型电机A分别通过一个万向节与一个柔性翼相连；两个电磁驱动器沿周向均匀分布并安装在主轴转盘上，每个电磁驱动器与其对应侧的柔性翼的翼根弹性连接，电磁驱动器用于驱动其对应侧的柔性翼沿轴向上下扑动。

优选地，每个所述电磁驱动器上设置有滑动槽，每个滑动槽中安装有弹簧A，弹簧A的伸缩方向平行于中心主轴的轴向，弹簧A一端支撑在滑动槽的上端内壁上，另一端固定于设置在滑动槽中的环形件外周；柔性翼的翼根通过环形件安装在滑动槽中，其翼根端部穿过滑动槽与对应侧的万向节连接，环形件在滑动槽中能够沿弹簧A的轴向上下滑动，从而带动柔性翼上下扑动。

优选地，所述齿轮系包括：第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第一齿轮固连于旋翼电机的电机轴上，第二齿轮为内齿轮，固连于主轴转盘上，第三齿轮为外齿轮，固连于中心主轴上；第一齿轮与第二齿轮内啮合，第一齿轮与第三齿轮外啮合。

优选地，所述柔性翼能够弯曲折叠。

优选地，所述外壳上沿周向设置两个与两个柔性翼一一对应的柔性翼收放口，用于在柔性翼驱动组件的驱动下收放弯曲折叠后的柔性翼。

优选地，所述外壳包括：上壳体和下壳体，上壳体的内底面通过弹簧B与中心主轴的一端相连，下壳体内底面通过轴承A支撑在中心主轴的另一端；上壳体和下壳体能够螺纹连接，用于提供工作状态和回收状态，工作状态时，上壳体和下壳体之间具有设定距离，回收状态时，上壳体和下壳体之间螺纹对接。

有益效果：

(1)本发明的多模式微型飞行器的外壳为微小的椭球形，便于携带，能够增强灵活性和隐蔽性；同时，本发明提供的旋翼模式和扑翼模式，能够显著提高微型飞行器的机动性。

(2)本发明的多模式微型飞行器降落之后具备移动行走功能。

(3)本发明的多模式微型飞行器能够垂直起飞和悬停。

附图说明

图1为本发明多模式微型飞行器的整体结构示意图。

图2为本发明多模式微型飞行器的柔性翼驱动组件的结构示意图。

图3为本发明多模式微型飞行器的尾翼驱动组件的结构示意图。

图4为本发明多模式微型飞行器的中心主轴及其连接示意图。

图5为本发明多模式微型飞行器的电磁驱动器与柔性翼的连接示意图。

图6为本发明多模式微型飞行器的柔性翼收卷过程示意图。

图7为本发明多模式微型飞行器的旋翼模式示意图。

图8为本发明多模式微型飞行器的扑翼模式示意图。

图9为本发明多模式微型飞行器的行走模式示意图。

其中，1-上壳体，2-柔性翼，3-下壳体，4-尾翼，5-尾翼驱动组件，6-柔性翼驱动组件，7-中心主轴，8-旋翼电机，9-齿轮系，10-主轴转盘，11-微型电机A，12-电磁驱动器，13-万向节，14-微型电机B，15-连接件，16-柔性翼收放口，17-弹簧A，18-环形件，19-轴承A，20-弹簧B，21-轴承B。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种多模式微型飞行器，结构微型化，具有多种飞行模式，能够显著提高微型飞行器的机动性和隐蔽性。

如图1所示，该多模式微型飞行器包括：上壳体1、柔性翼2、下壳体3、尾翼4、尾翼驱动组件5、柔性翼驱动组件6及中心主轴7；

如图2所示，柔性翼驱动组件6包括：旋翼电机8、齿轮系9、主轴转盘10、微型电机A11、电磁驱动器12和万向节13；

如图3所示，尾翼驱动组件包括：连接件15和四个微型电机B14。

该多模式微型飞行器的连接关系为：上壳体1和下壳体3能够螺纹连接为外壳；上壳体1、柔性翼驱动组件6及下壳体3依次安装在中心主轴7上；其中，如图4所示，上壳体1、柔性翼驱动组件6及下壳体3均为以中心主轴7为对称中心的中心对称结构，上壳体1的内底面通过弹簧B20与中心主轴7一端固定连接(即弹簧B20一端支撑在上壳体1的内底面，另一端支撑在中心主轴7的端部)，柔性翼驱动组件6通过轴承B20支撑在中心主轴7上，下壳体3通过轴承A19支撑在中心主轴7的另一端；

两个柔性翼2安装在柔性翼驱动组件6两相对侧，两个柔性翼2均可绕其翼根所在轴向转动，即两个柔性翼2既能够轴对称，又能够中心对称；其中，每个柔性翼2能够弯曲折叠，上壳体1上沿周向均匀设置两个与两个柔性翼2一一对应的柔性翼收放口16，用于收放弯曲折叠后的柔性翼2；

柔性翼驱动组件6具体为：主轴转盘10中心开设安装孔，其通过设置在安装孔内的轴承B21支撑在中心主轴7上，旋翼电机8通过齿轮系9分别与主轴转盘10内啮合、与中心主轴7外啮合；两个微型电机A11沿周向均匀分布并安装在主轴转盘10的盘面上，每个微型电机A11分别通过一个万向节13与一个柔性翼2相连(即每个万向节13一端与微型电机A11相连，另一端与柔性翼2相连)，每个微型电机A11的控制电缆与设置在外壳内部的控制单元连接，控制单元与外部控制系统无线连接；两个电磁驱动器12沿周向均匀分布并安装在主轴转盘10上，每个电磁驱动器12与其对应侧的柔性翼2的翼根弹性连接，电磁驱动器12用于驱动其对应侧的柔性翼2沿轴向上下扑动；

其中，每个电磁驱动器12的控制电缆与设置在外壳内部的控制单元连接，如图5所示，每个电磁驱动器12上设置有滑动槽，每个滑动槽中安装有弹簧A17，弹簧A17的伸缩方向平行于中心主轴7的轴向，弹簧A17一端支撑在滑动槽的上端内壁上，另一端固定于设置在滑动槽中的环形件18外周；柔性翼2的翼根通过环形件18安装在滑动槽中，其翼根端部穿过滑动槽与对应侧的万向节13连接，环形件18在滑动槽中能够沿弹簧A17的轴向上下滑动，从而带动柔性翼2上下扑动；

齿轮系9包括：第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第一齿轮固连于旋翼电机8的电机轴上，第二齿轮为内齿轮，固连于主轴转盘10上，第三齿轮为外齿轮，固连于中心主轴7上；第一齿轮与第二齿轮内啮合，第一齿轮与第三齿轮外啮合；

连接件15为十字交叉结构，其设置在下壳体3内部，连接件15的四个分叉从下壳体3底部开设的四个过孔伸出下壳体3的外部，并分别通过一个微型电机B14连接一个尾翼4，微型电机B14能够驱动与其对应的尾翼4绕连接件15上对应的分叉的轴向转动；每个微型电机B14的控制电缆与控制单元连接。

该多模式微型飞行器的工作原理为：如图6所示，向下按压上壳体1，弹簧B20被压缩，同时将上壳体1上的柔性翼收放口16与柔性翼2的翼根对正；然后，固定下壳体3，旋拧上壳体1，由于齿轮系9的作用，柔性翼2向旋拧的反向旋转，并弯曲逐渐收卷在外壳内部；使用时，将上壳体1和下壳体3相对拧开，柔性翼2即可自动弹放出来；

如图7所示，通过微型电机A11轴向转动柔性翼2，使两个柔性翼2中心对称，则微型飞行器处于旋翼模式工作，外部控制系统通过控制单元来控制旋翼电机8启动，一方面，旋翼电机8通过其电机轴上套装的第一齿轮驱动主轴转盘10及安装在主轴转盘10上的柔性翼2同向转动，同时带动套装在中心主轴7上的第三齿轮及与中心主轴7弹性固连的上壳体1作反向转动，进而使柔性翼2与上壳体1转向相反，实现主动转矩的平衡，从而实现微型飞行器的垂直起飞与悬停；另一方面，上壳体1旋转带动其上部空气形成旋涡，加速柔性翼2下端面的空气流速以降低柔性翼2下端面的压力，从而提升柔性翼2的升力，用于进一步起飞；此时，通过微型电机B14调整对应的尾翼4的倾角能够控制该微型飞行器的姿态，实现该微型飞行器旋翼模式下前后飞行或转向；

如图8所示，通过微型电机A11轴向转动柔性翼2，使两个柔性翼2旋转为轴对称形式，从而将该微型飞行器转换为扑翼模式，外部控制系统通过控制单元来控制旋电磁驱动器12动作，进而控制与弹簧A17固连的环形件18带动柔性翼2上下扑动，实现高效的仿生扑翼模式的飞行，弹簧A17作为储能元件能够辅助调整扑翼动作；

如图9所示，当微型飞行器降落之后，通过四个微型电机B14控制四个尾翼相对降落平台的倾角，从而实现微型飞行器降落后的行走。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多模式微型飞行器，其特征在于，包括：外壳、柔性翼(2)、柔性翼驱动组件(6)及中心主轴(7)；

中心主轴(7)两端分别通过弹簧B(20)和轴承A(19)支撑在外壳内部，柔性翼驱动组件(6)设置在外壳内部，并安装在中心主轴(7)上，柔性翼驱动组件(6)能够绕中心主轴(7)转动；两个柔性翼(2)安装在柔性翼驱动组件(6)两相对侧，每个柔性翼(2)能够在柔性翼驱动组件(6)的驱动下绕自身翼根所在轴转动；

当两个柔性翼(2)中心对称位于柔性翼驱动组件(6)两相对侧时，两个柔性翼(2)作为旋翼，柔性翼驱动组件(6)能够驱动两个柔性翼(2)绕中心主轴(7)旋转；

当两个柔性翼(2)轴对称位于柔性翼驱动组件(6)两相对侧时，两个柔性翼(2)作为扑翼，柔性翼驱动组件(6)能够驱动两个柔性翼(2)上下扑动。

2.如权利要求1所述的多模式微型飞行器，其特征在于，还包括：尾翼(4)和尾翼驱动组件(5)，尾翼驱动组件(5)设置在外壳内部，并从外壳底部设置的四个过孔伸出四个分叉与尾翼(4)相连，尾翼驱动组件(5)能够驱动与其对应的尾翼(4)绕分叉的轴向转动，从而实现所述微型飞行器降落后的行走。

3.如权利要求2所述的多模式微型飞行器，其特征在于，所述尾翼驱动组件(5)包括：连接件(15)和四个微型电机B(14)；所述连接件(15)为十字交叉结构，其设置在外壳内部，连接件(15)的四个分叉从外壳底部开设的四个过孔伸出外壳，并分别通过一个微型电机B(14)连接一个尾翼(4)，微型电机B(14)能够驱动与其对应的尾翼(4)绕分叉的轴向转动。

4.如权利要求1所述的多模式微型飞行器，其特征在于，所述柔性翼驱动组件(6)包括：旋翼电机(8)、齿轮系(9)、主轴转盘(10)、微型电机A(11)、电磁驱动器(12)和万向节(13)；

所述主轴转盘(10)中心通过轴承B(21)支撑在中心主轴(7)上，旋翼电机(8)通过齿轮系(9)分别与主轴转盘(10)内啮合、与中心主轴(7)外啮合；两个微型电机A(11)沿周向均匀分布并安装在主轴转盘(10)的盘面上，每个微型电机A(11)分别通过一个万向节(13)与一个柔性翼(2)相连；两个电磁驱动器(12)沿周向均匀分布并安装在主轴转盘(10)上，每个电磁驱动器(12)与其对应侧的柔性翼(2)的翼根弹性连接，电磁驱动器(12)用于驱动其对应侧的柔性翼(2)沿轴向上下扑动。

5.如权利要求4所述的多模式微型飞行器，其特征在于，每个所述电磁驱动器(12)上设置有滑动槽，每个滑动槽中安装有弹簧A(17)，弹簧A(17)的伸缩方向平行于中心主轴(7)的轴向，弹簧A(17)一端支撑在滑动槽的上端内壁上，另一端固定于设置在滑动槽中的环形件(18)外周；柔性翼(2)的翼根通过环形件(18)安装在滑动槽中，其翼根端部穿过滑动槽与对应侧的万向节(13)连接，环形件(18)在滑动槽中能够沿弹簧A(17)的轴向上下滑动，从而带动柔性翼(2)上下扑动。

6.如权利要求4所述的多模式微型飞行器，其特征在于，所述齿轮系(9)包括：第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第一齿轮固连于旋翼电机(8)的电机轴上，第二齿轮为内齿轮，固连于主轴转盘(10)上，第三齿轮为外齿轮，固连于中心主轴(7)上；第一齿轮与第二齿轮内啮合，第一齿轮与第三齿轮外啮合。

7.如权利要求1所述的多模式微型飞行器，其特征在于，所述柔性翼(2)能够弯曲折叠。

8.如权利要求7所述的多模式微型飞行器，其特征在于，所述外壳上沿周向设置两个与两个柔性翼(2)一一对应的柔性翼收放口(16)，用于在柔性翼驱动组件(6)的驱动下收放弯曲折叠后的柔性翼(2)。

9.如权利要求1或8所述的多模式微型飞行器，其特征在于，所述外壳包括：上壳体(1)和下壳体(3)，上壳体(1)的内底面通过弹簧B(20)与中心主轴(7)的一端相连，下壳体(3)内底面通过轴承A(19)支撑在中心主轴(7)的另一端；上壳体(1)和下壳体(3)能够螺纹连接，用于提供工作状态和回收状态，工作状态时，上壳体(1)和下壳体(3)之间具有设定距离，回收状态时，上壳体(1)和下壳体(3)之间螺纹对接。

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