CN112429224A

CN112429224A - 一种扑翼飞行装置及扑翼机

Info

Publication number: CN112429224A
Application number: CN202011371381.6A
Authority: CN
Inventors: 仲军; 何冬凯; 朱跃
Original assignee: INSTITUTE OF MARINE AND OFFSHORE ENGINEERING NANTONG HOHAI UNIVERSITY; Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: INSTITUTE OF MARINE AND OFFSHORE ENGINEERING NANTONG HOHAI UNIVERSITY; Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN112429224B

Abstract

本发明公开了一种扑翼飞行装置，包括：机身，所述机身连接有驱动机构；所述机身两侧对称设有内段翼；所述内段翼一端与驱动机构铰接，另一端通过外端翼连接机构铰接有外端翼；附加连杆机构，所述附加连杆机构一端与驱动结构连接，另一端与外端翼连接机构铰接；所述驱动机构转动带动内段翼和附加连杆机构扑动，所述附加连杆机构带动外端翼连接机构扑动，从而带动外端翼扑动。

Description

一种扑翼飞行装置及扑翼机

技术领域

本发明涉及一种扑翼飞行装置及扑翼机，属于飞行器控制技术领域。

背景技术

扑翼机又称振翼机，是指基于仿生学原理设计制造的，机翼能像鸟类和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的飞行器。扑翼机通过扑动机翼产生升力和推力，从而实现起飞、降落、加速、减速、急跃升、急转弯、悬停、倒飞、俯冲和举升等飞行动作。与固定翼和旋翼飞行器相比，扑翼机具有更强的低耗性、灵活性和机动性，是本领域研究热点。

相较于可以飞行的昆虫，鸟类的翅膀一般分为內翼和外翼两个部分，并通过翅膀的主动变形在实际飞行过程中实现升力与推力大小的增大。主动变形主要分为两类形式：一类是改变翼展，在上扑过程中通过折叠翅膀来减小上扬阻力，在下扑过程中通过伸展翅膀来增大下扑升力；另一类是翅膀扭转，这种扭转是扑翼产生推力的重要因素。扑翼机的扑翼系统包括：内段翼、外段翼和机身内部的电机和齿轮传动装置以及尾翼机构。内段翼与扑翼机的机身铰接，外段翼的根部与内段翼的末端铰接，电机旋转时，通过齿轮传动机构带动内段翼和外段翼单自由度的上下扑动。而尾翼机构通过舵机的运动实现多自由度的运动。

然而，现有扑翼机多采用曲柄连杆机构来实现扑动机构，但不便于调整扑动角度和翅翼面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扑翼飞行装置及扑翼机，以解决现有技术现有扑翼机多采用曲柄连杆机构来实现扑动机构，但不便于调整扑动角度和翅翼面积的缺陷。

一种扑翼飞行装置，包括：

机身，所述机身连接有驱动机构；所述机身两侧对称设有内段翼；所述内段翼一端与驱动机构铰接，另一端通过外端翼连接机构铰接有外端翼；

附加连杆机构，所述附加连杆机构一端与驱动结构连接，另一端与外端翼连接机构铰接；

所述驱动机构转动带动内段翼和附加连杆机构扑动，所述附加连杆机构带动外端翼连接机构扑动，从而带动外端翼扑动。

进一步地，所述驱动机构包括曲柄和连杆；

所述曲柄通过驱动装置转动，所述连杆一端与曲柄连接，另一端与内段翼活动连接。

进一步地，所述内段翼包括第一內翼段连接件、第二內翼段连接件、第三內翼段连接件和第四內翼段连接件；

所述第一內翼段连接件与连杆连接，所述第一內翼段连接件一端与第二內翼段连接件之间设有直径杆一；

所述第一內翼段连接件另一端与第四內翼段连接件直接设有直径杆二；

所述第四內翼段连接件与第三內翼段连接件之间设有直径杆三。

进一步地，所述外端翼包括依次连接的第一外翼段杆件连接件、第二外翼段杆件连接件和第三外翼段杆件连接件；所述第一外翼段杆件连接件通过杆件与外端翼连接机构连接；所述第三外翼段杆件连接件与第三內翼段连接件活动连接。

进一步地，所述连杆包括杆端关节轴承和附加连杆连接件，所述附加连杆连接件套设在杆端关节轴承上，用于和附加连杆机构铰接。

进一步地，所述杆端关节轴承包括杆端关节轴承外螺纹部分和杆端关节轴承内螺纹部分，所述杆端关节轴承外螺纹部分与杆端关节轴承内螺纹部分螺纹连接。

一种扑翼机，包括上述任一项所述的扑翼飞行装置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明实施例提供的飞行装置及扑翼机，内段翼与机身铰接，连接在机身上的驱动机构与内段翼连接并驱动内段翼扑动；附加连杆机构同时与驱动机构和外端翼连接件铰接，外端翼连接件与内段翼铰接并连接了外端翼，进而驱动外端翼相对内段翼扑动。驱动机构包括曲柄和连杆，连杆包括关节轴承和附加连杆连接件，可以自由改变连杆长度进而改变内段翼和外端翼的扑动角度。所述內翼段杆件连接件组件和所述外翼段杆件连接件组件均均匀布置有安装孔，通过所述安装孔对连接的杆件进行固定，也可以反向取下杆件，方便杆件的调节和更换，进而实现了翅翼面积的自由调节。

附图说明

图1为本发明扑翼飞行装置的结构示意图；

图2为本发明扑翼飞行装置的结构示意图一；

图3为本发明扑翼飞行装置的结构示意图二；

图4为本发明扑翼飞行装置的机构简图。

图中：1、机身；2、曲柄；3、连杆；31、杆端关节轴承；311、杆端关节轴承外螺纹部分；312、杆端关节轴承内螺纹部分；32、附加连杆连接件；4、附加连杆机构；5、内段翼；51、第一內翼段连接件；52、第二內翼段连接件；53、第三內翼段连接件；54、第四內翼段连接件； 6、外端翼连接机构；7、外端翼；71、第一外翼段杆件连接件；72、第二外翼段杆件连接件；73、第三外翼段杆件连接件；81、直径杆一；82、直径杆二；83、直径杆三；A、铰接点一；B、铰接点二；C、铰接点三；D、铰接点四。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本申请提供一种扑翼飞行装置，应用于扑翼机，扑翼飞行装置包括驱动机构和机身1，附加连杆机构4、内段翼5、外端翼连接机构6和外段翼7，所述驱动机构包括曲柄2和连杆3。内段翼5与扑翼机的机身1铰接，驱动机构与扑翼机的机身1连接，驱动机构与内段翼5连接并驱动所述内段翼5扑动；附加连杆机构4与内段翼5铰接，外端翼连接机构6与附加连杆机构4铰接，外端翼7与附加连杆机构4铰接，驱动机构通过附加连杆机构4和外端翼连接机构6驱动外端翼7运动。内段翼5和外端翼7的扑动角度和翅翼面积均可以方便自由调节。

具体地，內段翼5通过第一內翼段连接件51与机身1铰接，中直径杆82同时与第一內翼段连接件51和第三內翼段连接件53连接；所述第一內翼段连接件51一端与第二內翼段连接件52之间设有直径杆一81；第一內翼段连接件51另一端与第四內翼段连接件54直接设有直径杆二82；

所述第四內翼段连接件54与第三內翼段连接件53之间设有直径杆三83。可以第一內翼段连接件51向靠近机身方向延伸一部分，令延伸部分通过轴和轴承与机身1铰接，轴可以是铝柱、尼龙柱等金属材质和非金属材质的轴件；也可以使中直径杆82直接与机身1铰接。第一內翼段连接件51与连杆3铰接，连杆3与曲柄2铰接。曲柄2转动进而驱动内段翼5扑动。

进一步地，附加连杆机构4的第一端与连杆3铰接，附加连杆机构4的第二端与外端翼连接机构6铰接，外端翼连接机构6同时与第二內翼段连接件52铰接和外端翼7连接。曲柄2转动进而驱动外翼段7相对内段翼5扑动。设置铰接点一A到铰接点二B的距离等于铰接点三C到铰接点四D的距离，附加连杆机构4始终平行于内段翼5，以使外端翼7与内段翼5的夹角等于内段翼5与连杆3夹角的余角。

连杆3包括杆端关节轴承31和附加连杆连接件32，杆端关节轴承31包括杆端关节轴承外螺纹部分311和杆端关节轴承内螺纹部分312。杆端关节轴承外螺纹部分311和杆端关节轴承内螺纹部分312通过螺纹连接，并且附加连杆连接件32连接在杆端关节轴承内螺纹部分312上。

具体地，可以是杆端关节轴承外螺纹部分311通过铰接点二B与曲柄2铰接，杆端关节轴承外螺纹部分312通过铰接点一A与第一內翼段连接件51铰接；也可以是杆端关节轴承内螺纹部分312通过铰接点二B与曲柄2铰接，杆端关节轴承外螺纹部分311通过铰接点一A与第一內翼段连接件51铰接。

通过调节杆端关节轴承31螺纹连接部分的长度和可以调节连杆3的长度，并配合调节附加连杆连接件32的长度可以调节内段翼5和外端翼7的扑动角度。杆端关节轴承31可以选择多种型号，例如杆端关节轴承内螺纹部分312可以从SI、PHS、SI ES等型号中选择。

具体地，大直径杆81的第一端与第一內翼段连接件51连接，其第二端与第二內翼段连接件52连接；中直径杆82的第一端分别于与第一內翼段连接件51和第二內翼段连接件52连接，其第二端分别于与第四內翼段连接件54连接；小直径杆83的第一端与第四內翼段连接件54连接。如图3所示，所述大直径杆位于翅翼前部靠近所述机身，所述小直径杆位于翅翼后部远离所述机身，并且因为不同直径的杆件之间的刚度差异，在实际扑动中翅翼绕大直径杆产生一定的扭转。通过调节三种杆件三种直径尺寸的杆件的长度可以进一步调整翅翼的面积大小。外翼段同理。其中，对于三种直径尺寸杆件的具体尺寸，本发明对此并不作具体限定，例如，4mm、3mm、2mm一组或者3.5mm、2.5mm、1.5mm一组。

具体地，第一內翼段连接件51、第二內翼段连接件52、第三內翼段连接件53和第四內翼段连接件54通过孔轴配合与三种直径尺寸的杆件连接在一起，內翼段连接件上均设置有均匀布置有安装孔，通过安装孔对连接的杆件进行固定，也可以反向取下杆件，方便对于杆件进行直径和长度尺寸的调节，进一步调整翅翼的面积大小。其中，对于杆件的固定有多种实施方式，本发明对此并不作具体限定，例如，通过丝锥对安装孔进行攻丝，然后使用相应尺寸的紧定螺钉通过螺纹连接对杆件进行固定；或者通过安装孔注入工业胶水将杆件与连接件连接在一起；如果需要取下杆件进行调节则利用扳手取下紧定螺钉或者使用胶水溶解剂溶解胶水。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种扑翼飞行装置，其特征在于，包括：

机身（1），所述机身（1）连接有驱动机构；所述机身两侧对称设有内段翼（5）；所述内段翼（5）一端与驱动机构铰接，另一端通过外端翼连接机构（6）铰接有外端翼（7）；

附加连杆机构（4），所述附加连杆机构（4）一端与驱动结构连接，另一端与外端翼连接机构（6）铰接；

所述驱动机构转动带动内段翼（5）和附加连杆机构（4）扑动，所述附加连杆机构（4）带动外端翼连接机构（6）扑动，从而带动外端翼（7）扑动。

2.根据权利要求1所述的扑翼飞行装置，其特征在于，所述驱动机构包括曲柄（2）和连杆（3）；

所述曲柄（2）通过驱动装置转动，所述连杆（3）一端与曲柄（2）连接，另一端与内段翼（5）活动连接。

3.根据权利要求2所述的扑翼飞行装置，其特征在于，所述内段翼（5）包括第一內翼段连接件（51）、第二內翼段连接件（52）、第三內翼段连接件（53）和第四內翼段连接件（54）；

所述第一內翼段连接件（51）与连杆（3）连接，所述第一內翼段连接件（51）一端与第二內翼段连接件（52）之间设有直径杆一（81）；

所述第一內翼段连接件（51）另一端与第四內翼段连接件（54）直接设有直径杆二（82）；

所述第四內翼段连接件（54）与第三內翼段连接件（53）之间设有直径杆三（83）。

4.根据权利要求3所述的扑翼飞行装置，其特征在于，所述外端翼（7）包括依次连接的第一外翼段杆件连接件（71）、第二外翼段杆件连接件（72）和第三外翼段杆件连接件（73）；所述第一外翼段杆件连接件（71）通过杆件与外端翼连接机构（6）连接；所述第三外翼段杆件连接件（73）与第三內翼段连接件（53）活动连接。

5.根据权利要求2所述的扑翼飞行装置，其特征在于，所述连杆（3）包括杆端关节轴承（31）和附加连杆连接件（32），所述附加连杆连接件（32）套设在杆端关节轴承（31）上，用于和附加连杆机构（4）铰接。

6.根据权利要求5所述的扑翼飞行装置，其特征在于，所述杆端关节轴承（31）包括杆端关节轴承外螺纹部分（311）和杆端关节轴承内螺纹部分（322），所述杆端关节轴承外螺纹部分（311）与杆端关节轴承内螺纹部分（322）螺纹连接。

7.一种扑翼机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的扑翼飞行装置。