CN113460296B - 一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扑翼‑双旋翼混合翼飞行器，包括机架、两个扑翼、两个舵机、电池、控制器、两个旋翼、以及尾翼；机架包含两个身体杆、舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架和尾翼连接杆。本发明采用左右对称放置的两个舵机控制扑翼，相比于传统的曲柄连杆和曲柄导杆机构更加简易，且两个舵机能分别精确控制左右两扑翼的运动状态；同时本发明采用两个旋翼来产生升力。本发明机构简单、控制性强、机动性高，具有较大的实用价值。

Description

一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器。

背景技术

扑翼飞行器在环境监测、农业勘测、城市反恐和灾害救援等场合有积极作用。与固定翼和四旋翼相比，扑翼飞行器机动性更高，但其负载能力有限且其实际应用场景复杂。增强其负载能力和适应性可以极大的提高扑翼飞行器的运用价值。而现如今大多数扑翼飞行器仅由翅膀的扇动提供较小的动力，且需要手抛才能起飞。结合旋翼的高升力等优势可进一步提升飞行器的动力及实现自主起飞。宣建林等人发明了一种四旋翼-扑翼混合布局飞行器（公开号：CN111891349A），其主要以四旋翼提供初始动力实现自主起飞，而本专利不仅可以由双旋翼和扑翼综合提供动力起飞，在飞行过程中，还可以进一步通过舵机分别控制左右机翼实现不对称飞行以改变飞行姿态。且相较于其飞行控制系统传输的开关信号，本发明设计的飞行控制系统可以传输信息量更大的连续、变化的数字脉冲信号，且结合设计的程序增强控制性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器，结合扑翼的机动性和双旋翼的高动力增强飞行器负载能力和适应性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器，包括机架、第一至第二扑翼、第一至第二舵机、电池、控制器、第一至第二旋翼、以及尾翼；

所述机架包含第一至第二身体杆、舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架和尾翼连接杆，其中，所述第一身体杆、第二身体杆平行设置，且第一身体杆、第二身体杆的一端均和所述舵机固定架固连；所述舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架从第一身体杆位于舵机固定架一端沿第一身体杆长度方向依次固定在第一身体杆、第二身体杆上；所述尾翼连接杆设置在第一身体杆、第二身体杆之间的中位线上，其一端和所述旋翼固定架固连，另一端从第一身体杆、第二身体杆之间伸出；

所述机架关于第一身体杆、第二身体杆之间的中位线对称；

所述第一舵机、第二舵机结构相同，均设置在所述舵机固定架上；第一舵机、第二舵机的输出轴朝向相同且均平行于所述第一身体杆；

所述第一扑翼、第二扑翼结构相同，均包含翼杆和翼膜；所述翼膜呈扇形，包含第一直边、第二直边和弧边，第一直边一端和第二直边的一端相互垂直，弧边的两端分别和第一直边、第二直边的另一端相连；所述翼膜的第一直边固定在所述翼杆上；

所述第一扑翼翼杆靠近翼膜第二直边的一端和所述第一舵机的输出轴垂直固连，第一扑翼翼膜的第二直边和弧边的相交处和所述尾缘连接杆靠近第一身体杆的一端固连，使得第一扑翼展开；

所述第二扑翼翼杆靠近翼膜第二直边的一端和所述第二舵机的输出轴垂直固连，第二扑翼翼膜的第二直边和弧边的相交处和所述尾缘连接杆靠近第二身体杆的一端固连，使得第二扑翼展开；

所述第一旋翼、第二旋翼结构相同，均包含驱动电机和螺旋桨，所述驱动电机的输出轴和螺旋桨的转轴同轴固连；

所述第一旋翼的驱动电机和所述旋翼固定架靠近第一身体杆的一端固连，第二旋翼的驱动电机和所述旋翼固定架靠近第二身体杆的一端固连；第一旋翼、第二旋翼驱动电机的输出轴均垂直于第一身体杆、第二身体杆所在平面且朝向向下；第一旋翼、第二旋翼的螺旋桨反向；

所述尾翼和所述尾翼连接杆从第一身体杆、第二身体杆之间伸出的一端固连；

所述电池固定在所述电池固定架上，用于供电；

所述控制器固定在所述控制器固定架上，控制器分别和所述电池、第一舵机、第二舵机、第一旋翼的驱动电机、第二旋翼的驱动电机电气相连，用于控制第一舵机、第二舵机、第一旋翼的驱动电机、第二旋翼的驱动电机工作。

作为本发明一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器进一步的优化方案，所述第一扑翼、第二扑翼的翼膜和所述尾缘连接杆连接处均设有弹性胶，以保护翼膜使其不易撕裂。

作为本发明一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器进一步的优化方案，所述旋翼固定架包含长杆、第一短杆、第二短杆、第一斜杆、第二斜杆，其中，所述长杆两端分别和第一短杆的一端、第二短杆的一端垂直固连，形成U字形结构；所述第一斜杆一端和所述第一短杆固连，另一端和所述长杆固连，用于加固第一短杆和长杆；所述第二斜杆一端和所述第二短杆固连，另一端和所述长杆固连，用于加固第二短杆和长杆。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明综合了扑翼和旋翼的优点，有效解决了扑翼飞行器负载能力低、自主起飞效果差等缺陷。且增强了飞行器的运动多样性和适应性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明中第一舵机、第二舵机在舵机固定架上的结构示意图；

图4为本发明中第一扑翼和尾缘连接杆的装配示意图；

图5为本发明中旋翼电机动力源的爆炸图；

图6为飞行器控制系统的结构示意图。

图中，1-第一扑翼的翼杆，2-第一扑翼的翼膜，3-电池固定架，4-控制器固定架，5-第一身体杆，6-弹性胶，7-尾缘连接杆，8-旋翼固定架，9-尾翼，10-舵机固定架，11-第一旋翼的驱动电机，12-第一旋翼的螺旋桨，13-尾翼连接杆，14-第二身体杆，15-第一舵机，16-第二舵机，17-第二扑翼的翼杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1、图2所示，本发明公开了一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器，包括机架、第一至第二扑翼、第一至第二舵机、电池、控制器、第一至第二旋翼、以及尾翼；

所述机架包含第一至第二身体杆、舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架和尾翼连接杆，其中，所述第一身体杆、第二身体杆平行设置，且第一身体杆、第二身体杆的一端均和所述舵机固定架固连；所述舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架从第一身体杆位于舵机固定架一端沿第一身体杆长度方向依次固定在第一身体杆、第二身体杆上；所述尾翼连接杆设置在第一身体杆、第二身体杆之间的中位线上，其一端和所述旋翼固定架固连，另一端从第一身体杆、第二身体杆之间伸出；

所述机架关于第一身体杆、第二身体杆之间的中位线对称；

如图1、图3所示，所述第一舵机、第二舵机结构相同，均设置在所述舵机固定架上；第一舵机、第二舵机的输出轴朝向相同且均平行于所述第一身体杆；

所述第一扑翼、第二扑翼结构相同，均包含翼杆和翼膜；所述翼膜呈扇形，包含第一直边、第二直边和弧边，第一直边一端和第二直边的一端相互垂直，弧边的两端分别和第一直边、第二直边的另一端相连；所述翼膜的第一直边固定在所述翼杆上；

所述第一扑翼翼杆靠近翼膜第二直边的一端和所述第一舵机的输出轴垂直固连，第一扑翼翼膜的第二直边和弧边的相交处和所述尾缘连接杆靠近第一身体杆的一端固连，使得第一扑翼展开；

所述第二扑翼翼杆靠近翼膜第二直边的一端和所述第二舵机的输出轴垂直固连，第二扑翼翼膜的第二直边和弧边的相交处和所述尾缘连接杆靠近第二身体杆的一端固连，使得第二扑翼展开；

所述第一旋翼、第二旋翼结构相同，均包含驱动电机和螺旋桨，所述驱动电机的输出轴和螺旋桨的转轴同轴固连；

所述第一旋翼的驱动电机和所述旋翼固定架靠近第一身体杆的一端固连，第二旋翼的驱动电机和所述旋翼固定架靠近第二身体杆的一端固连；第一旋翼、第二旋翼驱动电机的输出轴均垂直于第一身体杆、第二身体杆所在平面且朝向向下；第一旋翼、第二旋翼的螺旋桨反向；

所述尾翼和所述尾翼连接杆从第一身体杆、第二身体杆之间伸出的一端固连；

所述电池固定在所述电池固定架上，用于供电；

所述控制器固定在所述控制器固定架上，控制器分别和所述电池、第一舵机、第二舵机、第一旋翼的驱动电机、第二旋翼的驱动电机电气相连，用于控制第一舵机、第二舵机、第一旋翼的驱动电机、第二旋翼的驱动电机工作。

如图2、图4所示，所述第一扑翼、第二扑翼的翼膜和所述尾缘连接杆连接处均设有弹性胶，以保护翼膜使其不易撕裂。

如图5所示，所述旋翼固定架包含长杆、第一短杆、第二短杆、第一斜杆、第二斜杆，其中，所述长杆两端分别和第一短杆的一端、第二短杆的一端垂直固连，形成U字形结构；所述第一斜杆一端和所述第一短杆固连，另一端和所述长杆固连，用于加固第一短杆和长杆；所述第二斜杆一端和所述第二短杆固连，另一端和所述长杆固连，用于加固第二短杆和长杆。

如图6所示，控制器为现有技术，控制器包括电压转换模块、微控制器、程序下载模块、PWM舵机控制模块、PWM旋翼电机控制模块、无线通信模块、供电电源模块、机身传感器模块。本实例中微控制器为STM32F103C8T6芯片，机身传感器模块为MPU6050模块。其中供电电源即电池的第一输出端与无线通信模块相连，供电电源的第二输出端与微控制器的第六输入端相连。无线通信模块的输出端与微控制器的第五输入端相连，程序下载模块的输出端与微控制器的第二输入端相连，机身传感器模块的输出端与微控制器的第七输入端相连。微控制器的第三输出端与PWM舵机控制模块的输入端相连，微控制器的第四输出端与旋翼电机控制模块的输入端相连。本实例中机身传感器模块用于采集机身运动数据。程序下载模块为微控制器下载下载程序，PWM舵机控制模块包括第一扑翼扑动舵机控制模块和第二扑翼扑动舵机控制模块。PWM旋翼电机控制模块包括第一旋翼驱动电机控制模块和第二旋翼驱动电机控制模块。无线通信模块把接收到的飞行器遥控器的数字脉冲信号传输给微控制器。电压转换模块把供电电源模块的输出电压转换成微控制器和无线通信模块所需的电压。用户可以将程序事先通过程序下载模块下载到微控制器中，微控制器解析无线通信模块和机身传感器模块的信息，并依据程序控制扑翼-双旋翼混合翼飞行器的运动状态。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器，其特征在于，包括机架、第一扑翼、第二扑翼、第一舵机、第二舵机、电池、控制器、第一旋翼、第二旋翼、以及尾翼；

所述机架包含第一身体杆、第二身体杆、舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架和尾翼连接杆，其中，所述第一身体杆、第二身体杆平行设置，且第一身体杆、第二身体杆的一端均和所述舵机固定架固连；所述舵机固定架、电池固定架、控制器固定架、尾缘连接杆、旋翼固定架从第一身体杆位于舵机固定架一端沿第一身体杆长度方向依次固定在第一身体杆、第二身体杆上；所述尾翼连接杆设置在第一身体杆、第二身体杆之间的中位线上，其一端和所述旋翼固定架固连，另一端从第一身体杆、第二身体杆之间伸出；

所述机架关于第一身体杆、第二身体杆之间的中位线对称；

所述第一舵机、第二舵机结构相同，均设置在所述舵机固定架上；第一舵机、第二舵机的输出轴朝向相同且均平行于所述第一身体杆；

所述第一扑翼、第二扑翼结构相同，均包含翼杆和翼膜；所述翼膜呈扇形，包含第一直边、第二直边和弧边，第一直边一端和第二直边的一端相互垂直，弧边的两端分别和第一直边、第二直边的另一端相连；所述翼膜的第一直边固定在所述翼杆上；

所述第一扑翼的翼杆靠近翼膜第二直边的一端和所述第一舵机的输出轴垂直固连，第一扑翼翼膜的第二直边和弧边的相交处和所述尾缘连接杆靠近第一身体杆的一端固连，使得第一扑翼展开；

所述第二扑翼的翼杆靠近翼膜第二直边的一端和所述第二舵机的输出轴垂直固连，第二扑翼翼膜的第二直边和弧边的相交处和所述尾缘连接杆靠近第二身体杆的一端固连，使得第二扑翼展开；

所述第一旋翼、第二旋翼结构相同，均包含驱动电机和螺旋桨，所述驱动电机的输出轴和螺旋桨的转轴同轴固连；

所述第一旋翼的驱动电机和所述旋翼固定架靠近第一身体杆的一端固连，第二旋翼的驱动电机和所述旋翼固定架靠近第二身体杆的一端固连；第一旋翼、第二旋翼驱动电机的输出轴均垂直于第一身体杆、第二身体杆所在平面且朝向向下；第一旋翼、第二旋翼的螺旋桨反向；

所述尾翼和所述尾翼连接杆从第一身体杆、第二身体杆之间伸出的一端固连；

所述电池固定在所述电池固定架上，用于供电；

所述控制器固定在所述控制器固定架上，控制器分别和所述电池、第一舵机、第二舵机、第一旋翼的驱动电机、第二旋翼的驱动电机电气相连，用于控制第一舵机、第二舵机、第一旋翼的驱动电机、第二旋翼的驱动电机工作。

2.根据权利要求1所述的扑翼-双旋翼混合翼飞行器，其特征在于，所述第一扑翼、第二扑翼的翼膜和所述尾缘连接杆连接处均设有弹性胶，以保护翼膜使其不易撕裂。

3.根据权利要求1所述的扑翼-双旋翼混合翼飞行器，其特征在于，所述旋翼固定架包含长杆、第一短杆、第二短杆、第一斜杆、第二斜杆，其中，所述长杆两端分别和第一短杆的一端、第二短杆的一端垂直固连，形成U字形结构；所述第一斜杆一端和所述第一短杆固连，另一端和所述长杆固连，用于加固第一短杆和长杆；所述第二斜杆一端和所述第二短杆固连，另一端和所述长杆固连，用于加固第二短杆和长杆。

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