CN115056980A - 水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件及扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，包括：机身；转动架，设置在机身前端的一侧，转动架的前端与机身转动连接；第一摆杆，转动设置在转动架上，第一摆杆能够相对于转动架上下摆动；翼面，固定设置在第一摆杆上；扑翼驱动机构，设置在机身上，扑翼驱动机构用于驱动第一摆杆相对于转动架上下摆动；机翼调整机构，设置在机身上，机翼调整机构用于驱动转动架相对于机身左右转动；应用上述水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件能够提高飞行器在不同工况下飞行的性能；本发明还提供一种扑翼飞行器。

Description

水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件及扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别是涉及一种水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件及扑翼飞行器。

背景技术

随着科学技术的发展，扑翼飞行器无论是在军用领域还是在民用领域均具有广泛的应用场景；在军用领域，扑翼飞行器可以在特殊环境下进行伪装侦查、追踪目标、近距离电子干扰等；在民用领域，扑翼飞行器可以进行狭小空间救援、森林野生动物检测、空中视频拍摄等；目前很多的国家和科研单位都开展专项研究，试图研制能在特殊环境下使用的扑翼飞行器。

现有的扑翼飞行器，一般是用电机等驱动机构，驱动固定形状的机翼上下扑动，来带动整个飞行器的飞行；然而对于水空跨介质扑翼飞行器而言，在不同介质当中的飞行对于机翼的翼形要求是不一致的，因而固定形状的机翼无法充分兼顾不同工况，只能在较小的操作调节范围内表现出较好的气动性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，能够提高飞行器在不同工况下飞行的性能。

本发明的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，包括：机身；转动架，设置在机身前端的一侧，转动架的前端与机身转动连接；第一摆杆，转动设置在转动架上，第一摆杆能够相对于转动架上下摆动；翼面，固定设置在第一摆杆上；扑翼驱动机构，设置在机身上，扑翼驱动机构用于驱动第一摆杆相对于转动架上下摆动；机翼调整机构，设置在机身上，机翼调整机构用于驱动转动架相对于机身左右转动。

根据本发明的一些实施例，机翼调整机构包括：滑块，滑动设置在机身上，滑块能够相对于机身前后滑动；第一转接连杆，两端分别与转动架和滑块转动连接；驱动机构，设置在机身上，驱动机构用于驱动滑块前后移动。

根据本发明的一些实施例，驱动机构包括：支架，设置在机身上；驱动丝杆，转动设置在支架上，驱动丝杆沿前后方向延伸，驱动丝杆与滑块螺纹配合；驱动电机，设置在支架上，驱动电机用于驱动驱动丝杆转动。

根据本发明的一些实施例，驱动机构还包括设置在支架上的滑轨，滑轨沿前后方向延伸，滑轨与滑块滑动配合。

根据本发明的一些实施例，滑轨有两条，两条滑轨分别位于驱动丝杆的左右两侧。

根据本发明的一些实施例，水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件还包括第二摆杆，第一摆杆转动设置在转动架前端，第二摆杆转动设置在转动架后端，第二摆杆能够相对于转动架上下摆动，翼面与第二摆杆固定连接。

根据本发明的一些实施例，扑翼驱动机构包括：扑翼曲柄，转动设置在机身上；扑翼连杆，两端分别通过球铰链与扑翼曲柄和第一摆杆连接；动力机构，用于驱动扑翼曲柄转动。

根据本发明的一些实施例，动力机构包括：扑翼电机，设置在机身上；传动齿轮组，设置在机身上，扑翼电机通过传动齿轮组驱动扑翼曲柄转动。

根据本发明的一些实施例，机身包括：机身主杆；主安装板，设置在机身主杆下侧，扑翼电机和传动齿轮组均设置在主安装板上，主安装板镂空设置。

本发明还提供一种水空跨介质扑翼飞行器，其特征在于，包括上述水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件。

应用上述用于水空跨介质扑翼飞行器的机翼变形机构，其运行动力依靠扑翼驱动机构带动第一前摆杆相对于转动架上下摆动带动翼面上下扑动产生，其动力产生的原理类似鸟类的扑翼飞行；在飞行器入水运行之前，机翼调整机构能够带动转动架转动，使得翼面的后掠角增大，尽可能的降低飞行器入水时的入水面积，使得入水的冲击力尽可能减小，同时在水中向内收拢的机翼受到的阻力大大减小，有效降低水下航行时飞行器收到的阻力；在空中飞行时，当需要获得较大的升力，变形驱动机构可以控驱动转动架向前转动，使得整个机翼的后掠角减小，有效提高机翼获取的升力；通过变形驱动机构的调整，飞行器在水中及空中的不同工况下均能够达到较高的飞行性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中扑翼飞行器的轴侧图；

图2为图1中扑翼飞行器拆除翼面后另一视角的轴侧图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图1中扑翼飞行器拆除翼面后的俯视图；

图5为图4中B处的放大图；

图6为图4中C处的放大图。

上述附图包含以下附图标记。

标号	名称	标号	名称
				100	机身主杆	280	第二摆杆
101	主安装板	421	第一舵机
				111	延伸杆	422	第二舵机
210	支架	431	第一后连杆
				220	滑轨	432	第二后连杆
230	驱动丝杆	441	水平尾翼
				240	滑块	442	垂直尾翼
241	第一转接连杆	510	扑翼电机
				250	驱动电机	520	传动齿轮组
260	转动架	530	扑翼连杆
				270	第一摆杆	540	扑翼曲柄

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参考图1至图6，本实施例的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，包括：机身；转动架260，设置在机身前端的一侧，转动架260的前端与机身转动连接；第一摆杆270，转动设置在转动架260上，第一摆杆270能够相对于转动架260上下摆动；翼面，固定设置在第一摆杆270上；扑翼驱动机构，设置在机身上，扑翼驱动机构用于驱动第一摆杆270相对于转动架260上下摆动；机翼调整机构，设置在机身上，机翼调整机构用于驱动转动架260相对于机身左右转动。

应用上述用于水空跨介质扑翼飞行器的机翼变形机构，其运行动力依靠扑翼驱动机构带动第一前摆杆相对于转动架260上下摆动带动翼面上下扑动产生，其动力产生的原理类似鸟类的扑翼飞行；在飞行器入水运行之前，机翼调整机构能够带动转动架260转动，使得翼面的后掠角增大，尽可能的降低飞行器入水时的入水面积，使得入水的冲击力尽可能减小，同时在水中向内收拢的机翼受到的阻力大大减小，有效降低水下航行时飞行器收到的阻力；在空中飞行时，当需要获得较大的升力，变形驱动机构可以控驱动转动架260向前转动，使得整个机翼的后掠角减小，有效提高机翼获取的升力；通过变形驱动机构的调整，飞行器在水中及空中的不同工况下均能够达到较高的飞行性能。

参考图1、图5，本实施例当中，翼面为刚性翼面，整个翼面本身不可变形，翼面与第一摆杆270固定连接，扑翼驱动机构通过驱动第一摆杆270，相对于转动架260上下摆动，来带动整个翼面扑动；而当机翼调整机构通过带动转动架260转动，即可调整机翼的后掠角，如图5所示，当转动架260的后侧朝向靠拢机身的方向转动时，机翼的后掠角增大；当转动架260的后侧朝向远离机身的方向转动时，机翼的后掠角减小。

可以理解，机翼调整机构可以通过多种方式驱动转动架260转动，例如通过电机等驱动源直接驱动转动架260转动，或者也可以通过直线电机或者电机齿轮齿条等直线机构，通过牵引转动架260一端运动的方式，驱动转动架260转动。

其中，如图4、图5所示，机翼调整机构包括：滑块240，滑动设置在机身上，滑块240能够相对于机身前后滑动；第一转接连杆241，两端分别与转动架260和滑块240转动连接；驱动机构，设置在机身上，驱动机构用于驱动滑块240前后移动；如图5所示，当滑块240在驱动机构的带动下向前滑动时，滑块240通过第一转接连杆241带转动架260后侧沿着靠近机身的方向转动，使得整个机翼的后掠角变大；而当滑块240向后运动时，滑块240通过第一转接连杆241带动转动架260后侧沿着远离机身的方向转动，使得整个机翼的后掠角变小直至变为后掠角为0的平直翼状态；此时，驱动机构通过控制滑块240的前后位置，即可调整机翼的后掠角。

可以理解，驱动机构可以通过多种方式调整滑块240的前后位置，例如通过直线电机带动滑块240前后移动，或者通电机齿轮齿条机构带动滑块240前后移动等。

如图5所示，驱动机构包括：支架210，设置在机身上；驱动丝杆230，转动设置在支架210上，驱动丝杆230沿前后方向延伸，驱动丝杆230与滑块240螺纹配合；驱动电机250，设置在支架210上，驱动电机250用于驱动驱动丝杆230转动；其中，驱动电机250带动丝杆转动，来带动滑块240前后移动；由于螺纹传动机构的传动比大，因此可以精确控制滑块240的前后移动位置，便于精准控制机翼的后掠角；而丝杆螺母机构的反向自锁特性可以使得电机停转后滑块240能够较好的保持位置，保证机翼后掠角稳定不变。

如图5所示，驱动机构还包括设置在支架210上的滑轨220，滑轨220沿前后方向延伸，滑轨220与滑块240滑动配合，其中滑轨220能够为滑块240起到前后方向的限位，保证滑块240前后移动的稳定性；具体地，滑块240有两根，分别设置在驱动丝杆230的左右两侧。

如图5所示，为了保证翼面扑动的稳定性，变后掠机翼组件还包括第二摆杆280，第一摆杆270转动设置在转动架260前端，第二摆杆280转动设置在转动架260后端，第二摆杆280能够相对于转动架260上下摆动，翼面与第二摆杆280固定连接；其中，第一摆杆270与翼面的前侧固定连接，第二摆杆280与翼面后侧固定连接，保证了翼面能够稳定的相对于转动架260上下扑动。

如图2、图3所示，扑翼驱动机构包括：扑翼曲柄540，转动设置在机身上；扑翼连杆530，两端分别通过球铰链与扑翼曲柄540和第一摆杆270连接；动力机构，用于驱动扑翼曲柄540转动；其中，动力机构通过带动扑翼曲柄540转动，来带动扑翼连杆530上下运动，带动第一摆杆270上下摆动；而扑翼连杆530两端分别通过球铰链与扑翼曲柄540和第一摆杆270连接，可以保证转动架260在滑块240带动下转动后，第一摆杆270仍能够在扑翼连杆530的带动下上下摆动，避免扑翼运动和转动架260转动两个运动相互影响。

具体地，动力机构包括：扑翼电机510，设置在机身上；传动齿轮组520，设置在机身上，扑翼电机510通过传动齿轮组520驱动扑翼曲柄540转动；其中，扑翼电机510的动力，通过传动齿轮组520传递给扑翼曲柄540，传动齿轮组520可以起到减速增扭的作用。

具体地，机身包括：机身主杆100；主安装板101，设置在机身主杆100下侧，扑翼电机510和传动齿轮组520均设置在主安装板101上，主安装板101镂空设置；其中，机身前端的下侧设置有主安装板101和侧安装板，主安装板101和侧安装板之间具有间隔，扑翼电机510设置在主安装板101外侧，传动齿轮组520部分设置在主安装板101和侧安装板之间的间隔当中，主安装板101和侧安装板均镂空设置，便于减重。

本实施例还包括一种水空跨介质扑翼飞行器，包括上述水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其不但能够在水空跨介质运行时适应不同工况的飞行，还能够在高速巡航和中低速机动飞行当中也具有良好的适应性。

具体地如图6所示，机身后端设置有用于安装尾翼组件的尾翼安装架，尾翼安装架包括：竖直安装板，设置在机身主杆100后侧后端；水平安装板，设置在垂直安装板下端，水平安装板用于安装尾翼组件；水平安装板上设置有两个舵机安装部，两个舵机安装部分别位于竖直安装板的左右两侧；其中，第一舵机421安装在左侧的舵机安装部上，第二舵机422安装在右侧的舵机安装部上。

尾翼组件包括一体式尾翼，一体式尾翼与尾翼安装架转动连接，一体式尾翼包括一体设置的水平尾翼441和垂直尾翼442；其中，第一舵机421和第二舵机422的曲柄，各自通过第一后连杆431和第二后连杆432连接到两侧水平尾翼441的上端，其中整个一体式尾翼相对于尾翼安装架具有两个转动自由度，也即整个一体式尾翼能够上下转动和左右转动；当两个电机各自沿着相反方向转动相同角度时，两侧的水平尾翼441的俯仰角度相同，也即通过对第一电机的等角度反转控制，即可控制水平尾翼441的俯仰角；而当第一舵机421和第二舵机422的转动角度不同时，整个一体式尾翼组件相对于机身产生左右偏转，使得垂直尾翼442的偏转角度改变；此时，通过控制第一舵机421和第二舵机422的转动状态，即可控制整个飞行器的俯仰和偏航状态。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，包括：

机身；

转动架(260)，设置在所述机身前端的一侧，所述转动架(260)的前端与所述机身转动连接；

第一摆杆(270)，转动设置在所述转动架(260)上，所述第一摆杆(270)能够相对于所述转动架(260)上下摆动；

翼面，固定设置在所述第一摆杆(270)上；

扑翼驱动机构，设置在所述机身上，所述扑翼驱动机构用于驱动所述第一摆杆(270)相对于所述转动架(260)上下摆动；

机翼调整机构，设置在所述机身上，所述机翼调整机构用于驱动所述转动架(260)相对于所述机身左右转动。

2.根据权利要求1所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述机翼调整机构包括：

滑块(240)，滑动设置在所述机身上，所述滑块(240)能够相对于所述机身前后滑动；

第一转接连杆(241)，两端分别与所述转动架(260)和所述滑块(240)转动连接；

驱动机构，设置在所述机身上，所述驱动机构用于驱动所述滑块(240)前后移动。

3.根据权利要求2所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述驱动机构包括：

支架(210)，设置在所述机身上；

驱动丝杆(230)，转动设置在所述支架(210)上，所述驱动丝杆(230)沿前后方向延伸，所述驱动丝杆(230)与所述滑块(240)螺纹配合；

驱动电机(250)，设置在所述支架(210)上，所述驱动电机(250)用于驱动所述驱动丝杆(230)转动。

4.根据权利要求3所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述驱动机构还包括设置在所述支架(210)上的滑轨(220)，所述滑轨(220)沿前后方向延伸，所述滑轨(220)与所述滑块(240)滑动配合。

5.根据权利要求4所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述滑轨(220)有两条，两条所述滑轨(220)分别位于所述驱动丝杆(230)的左右两侧。

6.根据权利要求1所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，还包括第二摆杆(280)，所述第一摆杆(270)转动设置在所述转动架(260)前端，所述第二摆杆(280)转动设置在所述转动架(260)后端，所述第二摆杆(280)能够相对于所述转动架(260)上下摆动，所述翼面与所述第二摆杆(280)固定连接。

7.根据权利要求1所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述扑翼驱动机构包括：

扑翼曲柄(540)，转动设置在所述机身上；

扑翼连杆(530)，两端分别通过球铰链与所述扑翼曲柄(540)和所述第一摆杆(270)连接；

动力机构，用于驱动所述扑翼曲柄(540)转动。

8.根据权利要求7所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述动力机构包括：

扑翼电机(510)，设置在所述机身上；

传动齿轮组(520)，设置在所述机身上，所述扑翼电机(510)通过所述传动齿轮组(520)驱动所述扑翼曲柄(540)转动。

9.根据权利要求8所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，其特征在于，所述机身包括：

机身主杆(100)；

主安装板(101)，设置在所述机身主杆(100)下侧，所述扑翼电机(510)和所述传动齿轮组(520)均设置在所述主安装板(101)上，所述主安装板(101)镂空设置。

10.一种水空跨介质扑翼飞行器，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件。

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