CN116674747B - 一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，包括浮空躯干、扑翼、尾翼，扑翼位于浮空躯干的两侧，尾翼位于浮空躯干的尾部，浮空躯干与两侧扑翼以及尾翼组成的形状为蝠鲼展开胸鳍的形状，浮空躯干内部填充有密度小于空气密度的惰性气体，两侧扑翼内部分别连接有柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的推进机构，尾翼内部连接有摆动机构，解决了现有仅由扑翼推进方式产生的推力有限，难以为浮空飞行器提供充足动力的问题。
Description
技术领域
本发明属于飞行器的领域，涉及一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器。
背景技术
近地空间的小型浮空飞行器依靠静浮力升空，对起降场地要求较低且驻空时间较长，适合开展环境监测、影视拍摄、科学实验等任务。但受限于飞行速度，小型浮空飞行器相对于固定翼飞行器而言，通常机动性较差。固定翼飞行器，常采用螺旋桨产生推力，借助具有一定攻角和弯度的固定翼与高速气流产生相对运动，从而为飞行器提供多自由度动力。为进一步提升小型浮空飞行器的运动灵活性。
本发明借鉴蝠鲼外形的动力学特征以及人工飞艇的浮空特性，设置一种柔性扑翼与螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器。蝠鲼身体呈扁平状，因具有一对宽大的柔性胸鳍可实现展向摆动与弦向波动，在推进效率、机动性以及稳定性方面均突显出仿生驱动的结构优势。考虑到浮空飞行器运动时风阻较大且柔性鳍产生的推力有限，若直接基于仿生思想将浮空飞行器的推进装置设计为蝠鲼胸鳍结构，将无法保证充足的动力。
发明专利CN113044194A公开了一种仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人，其胸鳍骨架自根部至尖部沿翼展方向依次逐级布置，每级摆动骨架均安装有差速驱动单元。该机构虽然使运动完全可控，但过多使用电机势必增大能耗且使运动控制相对复杂。已有仿蝠鲼扑翼推进装置则多采用电机驱动齿轮或连杆，带动绳索联动多级骨架的机械结构，通过控制摆动频率、幅度或相位差，实现扑翼的展弦向运动。但现有仅由扑翼推进方式产生的推力有限，难以为浮空飞行器提供充足的动力，因此，为了解决上述的技术问题，设置了本申请的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，解决了上述的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，包括浮空躯干、扑翼、尾翼，扑翼位于浮空躯干的两侧，尾翼位于浮空躯干的尾部，浮空躯干与两侧扑翼以及尾翼组成的形状为蝠鲼展开胸鳍的形状，浮空躯干内部填充有密度小于空气密度的惰性气体，两侧扑翼内部分别连接有柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的推进机构，尾翼内部连接有摆动机构。
本发明的工作原理为：已有的仿蝠鲼胸鳍机构常作为水下机器人的仿生推进器，为机器人水下多自由度运动提供矢量推力。但本发明将仿生推进方式应用于近地的小型浮空飞行器，通过模拟蝠鲼胸鳍展向摆动与弦向扭转，设计了柔性扑翼为飞行器提供机动性与操控性更强的运动方式。与此同时，柔性扑翼还内置了涵道螺旋桨，在柔性扑翼与螺旋桨的混合驱动下，可为风阻较大的浮空飞行器提供了更充足的矢量推力。
本发明关键技术点为：采用蝠鲼胸鳍的展弦向运动方式为小型浮空飞行器设计了柔性扑翼，并将涵道螺旋桨内置于柔性扑翼中。这种混合驱动方式在为浮空飞行器带来充足动力的同时，还可借助扑翼改变螺旋桨推力方向，实现矢量推力输出。
本发明结合了蝠鲼胸鳍展弦向运动方式与涵道螺旋桨的推力特性，设计了一种柔性扑翼与螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器。机身躯干气囊填充轻于空气的惰性气体，为飞行器提供静浮力；两侧的柔性扑翼联合涵道螺旋桨可产生矢量推力，实现飞行器多自由度的灵活运动。本发明应用于近地空间、半封闭室内或封闭室内空间，本申请的推进设计一方面可降低机械损耗、能耗开销、提升续航能力，另一方面可增强浮空飞行器的机动性与操控性。
综上，将涵道螺旋桨内置于柔性扑翼的推进结构，不仅可为飞行器提供更大的推力；还可通过扑翼的展弦向运动改变推力方向，实现螺旋桨动力矢量输出，有助于提升浮空飞行的运动灵活性与机动性。
进一步地：浮空躯干为若干块支撑片组成的气囊，支撑片的材质为PVC材料，支撑片按照蝠鲼的轮廓排列成流线型的气囊，气囊外表面设置若干个固定点分别用于固定两侧扑翼与尾翼，气囊内表面设置若干个拉片点用于保持充气状态下的流线型外型，气囊横截面轮廓是二维的NACA对称翼型。
进一步地：扑翼较大的一端与浮空躯干连接，扑翼包括若干个翼型骨架，若干个翼型骨架的弦长沿扑翼与浮空躯干连接的一端到另一端依次缩短，若干个翼型骨架的外壁覆盖并且连接有蒙皮，若干个翼型骨架的前后两侧分别通过钢丝连接形成翼缘，若干个翼型骨架之间连接有一字型骨架，一字型骨架的一端连接有柔性扑翼机构，柔性扑翼机构位于扑翼较大的一端，一字型骨架的中部连接有涵道螺旋桨机构，涵道螺旋桨机构位于扑翼的中部。
进一步地：若干个翼型骨架与翼缘采用静态连接，若干个翼型骨架后侧通过碳纤维杆两端与空心铆钉构成铰接旋转结构，若干个翼型骨架前侧通过双孔十字连接件固定。
进一步地：柔性扑翼机构包括第一固定支架，第一固定支架与一字型骨架的一端连接，第一固定支架上连接有第一舵机，第一舵机上缠绕有环型拉线，环型拉线依次穿过若干个翼型骨架的上下两端并与若干个翼型骨架活动连接。
进一步地：一字型骨架与若干个翼型骨架的材质均为碳纤维杆，若干个翼型骨架的横截面轮廓均是二维的NACA对称翼型。
进一步地：若干个翼型骨架的横截面轮廓分别由长短不同的连接机构弯曲长度不同的碳纤维杆而成，连接机构包括至少两个T字形固定件，T字形固定件上均连接有空心铆钉，空心铆钉内部设有供环型拉线通过的通孔，T字形固定件分别与翼型骨架的上下两端连接，T字形固定件的下端均连接有支撑杆，支撑杆的下端均连接有微型弹簧，微型弹簧之间连接有菱形衔接件。
进一步地：涵道螺旋桨机构包括第二固定支架，第二固定支架与一字型骨架的中部连接，第二固定支架上连接有第二舵机，第二舵机上连接有涵道螺旋桨组。
进一步地：涵道螺旋桨组包括固定环，固定环的一侧与一字型骨架连接，固定环上下两侧与扑翼中部的翼型骨架连接，固定环之间连接有涵道，涵道内壁之间连接有驱动电机，驱动电机内部连接有驱动轴，驱动轴的前端连接有螺旋桨。
进一步地：摆动机构与柔性扑翼机构相同。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，不仅在外型和推进方式上都融入了仿生设计思想，其伪装特性与低噪声特性都使其更适合执行观察、监测类任务；
2.本发明中，借鉴蝠鲼胸鳍运动的方式，将浮空飞行器的推进装置设计为内置涵道螺旋桨的柔性扑翼，利用扑翼与螺旋桨混合驱动方式为飞行器提供多自由度矢量推力；
3.本发明中，本申请应用于近地空间、半封闭室内或封闭室内空间，本申请的推进设计一方面可降低机械损耗、能耗开销、提升续航能力，另一方面可增强浮空飞行器的机动性与操控性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本发明整体外形的结构示意图；
图2是本发明中柔性扑翼与涵道螺旋桨混合推进机构的结构示意图；
图3是本发明中一字型骨架与柔性扑翼机构以及涵道螺旋桨机构分别连接的侧视结构示意图；
图4是本发明中连接机构、铰接旋转结构、双孔十字连接件分别与翼型骨架连接的结构示意图；
图5是本发明中涵道螺旋桨的结构示意图；
图6是本发明中尾翼的结构示意图；
图中标记：1-浮空躯干，2-扑翼，3-尾翼，4-翼型骨架，5-蒙皮，6-翼缘，7-一字型骨架，8-铰接旋转结构，9-双孔十字连接件，10-第一固定支架，11-第一舵机，12-环形拉线，13-T字形固定件，14-空心铆钉，15-支撑杆，16-微型弹簧，17-菱形衔接件，18-第二固定支架，19-第二舵机，20-固定环，21-涵道，22-驱动电机，23-螺旋桨。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
本发明一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，包括浮空躯干1、扑翼2、尾翼3，扑翼2位于浮空躯干1的两侧，尾翼3位于浮空躯干1的尾部，浮空躯干1与两侧扑翼2以及尾翼3组成的形状为蝠鲼展开胸鳍的形状，浮空躯干1内部填充有密度小于空气密度的惰性气体，两侧扑翼2内部分别连接有柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的推进机构，尾翼3内部连接有摆动机构。
本实施例的具体实现方式为：已有的仿蝠鲼胸鳍机构常作为水下机器人的仿生推进器，为机器人水下多自由度运动提供矢量推力。但本发明将仿生推进方式应用于近地的小型浮空飞行器，通过模拟蝠鲼胸鳍展向摆动与弦向扭转，设计了柔性扑翼为飞行器提供机动性与操控性更强的运动方式。与此同时，柔性扑翼还内置了涵道螺旋桨，在柔性扑翼与螺旋桨的混合驱动下，可为风阻较大的浮空飞行器提供了更充足的矢量推力。
采用蝠鲼胸鳍的展弦向运动方式为小型浮空飞行器设计了柔性扑翼，并将涵道螺旋桨内置于柔性扑翼中。这种混合驱动方式在为浮空飞行器带来充足动力的同时，还可借助扑翼改变螺旋桨推力方向，实现矢量推力输出。
本发明结合了蝠鲼胸鳍展弦向运动方式与涵道螺旋桨的推力特性，设计了一种柔性扑翼与螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器。机身躯干气囊填充轻于空气的惰性气体，为飞行器提供静浮力；两侧的柔性扑翼联合涵道螺旋桨可产生矢量推力，实现飞行器多自由度的灵活运动。本发明应用于近地空间、半封闭室内或封闭室内空间，本申请的推进设计一方面可降低机械损耗、能耗开销、提升续航能力，另一方面可增强浮空飞行器的机动性与操控性。
扑翼运动可分解为展向扑打、弦向扭转运动，在第二舵机的舵盘连接处的截面安置涵道螺旋桨，可以实现矢量推进的效果。
扑翼的展向扑打为第一舵机带动缠绕盘进行旋转，优选的，缠绕盘的一侧与上方的环形拉线连接，缠绕盘的另一侧与下方的环形拉线连接，缠绕盘正向旋转对上方的环形拉线进行收紧、对下方的环形拉线进行放松，进而使得整个扑翼绕着浮空躯干向上翻转；缠绕盘反向旋转对上方的环形拉线进行放松、对下方的环形拉线进行收紧，进而使得整个扑翼绕着浮空躯干向下翻转。
扑翼的弦向扭转为第二舵机带动中部的翼型骨架进行扭转，进而通过两侧的钢丝其他的翼型骨架进行扭转，进而实现整个扑翼的弦向扭转。
展向扑打运动能改变螺旋桨产生推力作用在飞行器上的力臂。
弦向扭转运动能改变螺旋桨产生推力的仰角。
通过将展向扑打运动与弦向扭转运动两者进行结合，使螺旋桨的推力方向在一定范围发生变化。
通过设置涵道螺旋桨机构位于两侧扑翼内部，便于减小涵道长度所占的重量、进而便于增加浮空躯干的载荷能力，并保证飞行器外观为扁平流线型，同时增加可输出推力大小以支持飞行器具备中低速移动的能力；
添加涵道螺旋桨为飞行器提供了高速运动模式安装在双翼保证了螺旋桨所产生推力方向的可控性。
采用隐藏式布局安装螺旋桨推进器更加符合仿生学外观，并且在不使用螺旋桨推进器时，通过第一舵机带动扑翼进行展向扑打运动与第二舵机带动扑翼进行弦向扭转运动，使得飞行器可进行完全的扑翼运动。
综上，将涵道螺旋桨内置于柔性扑翼的推进结构，不仅可为飞行器提供更大的推力；还可通过扑翼的展、弦向运动改变推力方向，实现螺旋桨动力矢量输出，有助于提升浮空飞行的运动灵活性与机动性。
实施例二
本发明一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，如图1所示，浮空躯干1为若干块支撑片组成的气囊，支撑片的材质为PVC材料，支撑片按照蝠鲼的轮廓排列成流线型的气囊，气囊外表面设置若干个固定点分别用于固定两侧扑翼2与尾翼3，气囊内表面设置若干个拉片点用于保持充气状态下的流线型外型，气囊横截面轮廓是二维的NACA对称翼型。
本实施例的具体实现方式为：通过将支撑片按照蝠鲼的轮廓排列而成，使得气囊具有流线型的外形，支撑片的材质选用质地轻、可塑性强、流动阻力小的PVC材料，使得气囊的平均质量控制在80g/m2。
气囊采用分片切割、高温焊接制造而成；气囊外表面设置多个固定点用于固定两侧扑翼与尾翼，内表面设置多个拉片点用于保持充气状态下的流线型外形，内部填充氦气，气囊外形采用阻力系数较小的NACA0025标准对称翼。
实施例三
本发明一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，如图2、图4所示，扑翼2较大的一端与浮空躯干1连接，扑翼2包括若干个翼型骨架4，若干个翼型骨架4的弦长沿扑翼2与浮空躯干1连接的一端到另一端依次缩短，若干个翼型骨架4的外壁覆盖并且连接有蒙皮5，若干个翼型骨架4的前后两侧分别通过钢丝连接形成翼缘6，若干个翼型骨架4之间连接有一字型骨架7，一字型骨架7的一端连接有柔性扑翼机构，柔性扑翼机构位于扑翼2较大的一端，一字型骨架7的中部连接有涵道螺旋桨机构，涵道螺旋桨机构位于扑翼2的中部。
若干个翼型骨架4与翼缘6采用静态连接，若干个翼型骨架4后侧通过碳纤维杆两端与空心铆钉构成铰接旋转结构8，若干个翼型骨架4前侧通过双孔十字连接件9固定。
本实施例的具体实现方式为：若干个依次等间距排列的翼型骨架用于支撑外壁的蒙皮，进而便于将扑翼的外形制作成流线型，优选的，涵道螺旋桨机构与扑翼连接处设有排气管，涵道螺旋桨机构位于排气管内部，排气管为PVC材质，排气管位于扑翼内部并且两端排气口分别与扑翼的外部连通，使得涵道螺旋桨产生的推力作用到两侧的扑翼上。
实施例四
本发明一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，如图3、图4所示，柔性扑翼机构包括第一固定支架10，第一固定支架10与一字型骨架7的一端连接，第一固定支架10上连接有第一舵机11，第一舵机11上缠绕有环型拉线12，环型拉线12依次穿过若干个翼型骨架4的上下两端并与若干个翼型骨架4活动连接。
一字型骨架7与若干个翼型骨架4的材质均为碳纤维杆，若干个翼型骨架4的横截面轮廓均是二维的NACA对称翼型。
若干个翼型骨架4的横截面轮廓分别由长短不同的连接机构弯曲长度不同的碳纤维杆而成，连接机构包括至少两个T字形固定件13，T字形固定件13上均连接有空心铆钉14，空心铆钉14内部设有供环型拉线12通过的通孔，T字形固定件13分别与翼型骨架4的上下两端连接，T字形固定件13的下端均连接有支撑杆15，支撑杆15的下端均连接有微型弹簧16，微型弹簧16之间连接有菱形衔接件17。
本实施例的具体实现方式为：飞行器的运动可分解为沿翼展方向的弯曲摆动，因此在一字型骨架的一端安装了固定第一舵机的第一固定支架，第一固定支架的材料选择PLA+，通过3D打印工艺制造而成。
第一舵机选用GDW DS296X微型数字舵机，扭力为9kg.cm/7.4V。第一舵机的舵盘镶嵌在曲柄里，第一舵机驱动曲柄使环形拉线往复运动，进而带动若干个翼型骨架实现两侧扑翼的展向摆动。
一字型骨架由于需要连接若干个翼型支撑骨架并用于固定涵道螺旋桨机构，所以一字型骨架选取兼具柔性与强度的2.5mm碳纤维杆；考虑到飞行器长期工作于低速扑翼的运动模式，若干个翼型骨架选取阻力系数较小的NACA0018标准对称翼型，材料选用高韧性、轻质量的碳纤维杆制作。
T字型固定件与碳纤维杆形成的翼型骨架截面静态连接，并通过空心铆钉与支撑杆插接；空心铆钉可以保证环形拉线的往复运动，支撑杆与菱形衔接件采用弹簧连接，减弱了一字型骨架与弦向截面的耦合，加强了扑翼整体的柔性。
实施例五
本发明一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，如图3、图5所示，涵道螺旋桨机构包括第二固定支架18，第二固定支架18与一字型骨架7的中部连接，第二固定支架18上连接有第二舵机19，第二舵机19上连接有涵道螺旋桨组。
涵道螺旋桨组包括固定环20，固定环20的一侧与一字型骨架7连接，固定环20上下两侧与扑翼2中部的翼型骨架4连接，固定环20之间连接有涵道21，涵道21内壁之间连接有驱动电机22，驱动电机22内部连接有驱动轴，驱动轴的前端连接有螺旋桨23。
本实施例的具体实现方式为：飞行器的运动可分解为绕翼展方向的弦向扭转，因此在一字型骨架的中部安装了固定第二舵机的第二固定支架，第二固定支架的材料选择PLA+，3D打印工艺制造而成。
第二舵机选用GDW DS296X微型数字舵机，扭力为9kg.cm/7.4V，第二舵机的舵盘静态连接涵道螺旋桨的固定环，使得绕一字型骨架扭转扑翼中部的翼型骨架，中部的翼型骨架通过两侧钢丝带动其他的翼型骨架进行扭转，进而实现扑翼的弦向运动。
固定环一侧与第二舵机的舵盘静态连接，固定环上下两侧与扑翼中部的翼型骨架连接，固定环另一侧与一字型骨架固定连接，固定环由PLA+材料3D打印而成；桨叶采用3.5寸8叶涵道螺旋桨，材质为PC；驱动螺旋桨的电机选用F60PROV无刷电机，最大功率为942W；涵道采用轻质、高强度的TPU薄膜制作。
实施例六
本发明一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，如图2、图3、图6所示，摆动机构与柔性扑翼机构相同。
本实施例的具体实现方式为：本申请的整体结构是由翼型按照蝠鲼轮廓排列而成，参考飞机机翼后缘襟翼的原理，将本申请的整体结构各NACA翼型截面靠后三分之一的部分作为尾翼。
尾翼内部的摆动结构与扑翼内部的柔性扑翼机构基本一致，主要区别在翼型骨架的连接机构中没有连接微型弹簧。
摆动结构与柔性扑翼机构的驱动方式均采用舵机往复拉动环形拉线使若干个翼型骨架均产生上下摆动，使得保证飞行器俯仰方向的平衡、稳定性以及操纵性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：包括浮空躯干（1）、展翼（2）、尾翼（3），展翼（2）位于浮空躯干（1）的两侧，尾翼（3）位于浮空躯干（1）的尾部，浮空躯干（1）与两侧展翼（2）以及尾翼（3）组成的形状为蝠鲼展开胸鳍的形状，浮空躯干（1）内部填充有密度小于空气密度的惰性气体，两侧展翼（2）内部分别连接有柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的推进机构，尾翼（3）内部连接有摆动机构；
展翼（2）较大的一端与浮空躯干（1）连接，展翼（2）包括若干个翼型骨架（4），若干个翼型骨架（4）的弦长沿展翼（2）与浮空躯干（1）连接的一端到另一端依次缩短，若干个翼型骨架（4）的外壁覆盖并且连接有蒙皮（5），若干个翼型骨架（4）的前后两侧分别通过钢丝连接形成翼缘（6），若干个翼型骨架（4）之间连接有一字型骨架（7），一字型骨架（7）的一端连接有柔性扑翼机构，柔性扑翼机构位于展翼（2）较大的一端，一字型骨架（7）的中部连接有涵道螺旋桨机构，涵道螺旋桨机构位于展翼（2）的中部；
涵道螺旋桨机构包括第二固定支架（18），第二固定支架（18）与一字型骨架（7）的中部连接，第二固定支架（18）上连接有第二舵机（19），第二舵机（19）上连接有涵道螺旋桨组；
涵道螺旋桨组包括固定环（20），固定环（20）的一侧与一字型骨架（7）连接，固定环（20）上下两侧与展翼（2）中部的翼型骨架（4）连接，固定环（20）之间连接有涵道（21），涵道（21）内壁之间连接有驱动电机（22），驱动电机（22）内部连接有驱动轴，驱动轴的前端连接有螺旋桨（23）。
2.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：浮空躯干（1）为若干块支撑片组成的气囊，支撑片的材质为PVC材料，支撑片按照蝠鲼的轮廓排列成流线型的气囊，气囊外表面设置若干个固定点分别用于固定两侧展翼（2）与尾翼（3），气囊内表面设置若干个拉片点用于保持充气状态下的流线型外型，气囊横截面轮廓是二维的NACA对称翼型。
3.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：若干个翼型骨架（4）与翼缘（6）采用静态连接，若干个翼型骨架（4）后侧通过碳纤维杆两端与空心铆钉构成铰接旋转结构（8），若干个翼型骨架（4）前侧通过双孔十字连接件（9）固定。
4.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：柔性扑翼机构包括第一固定支架（10），第一固定支架（10）与一字型骨架（7）的一端连接，第一固定支架（10）上连接有第一舵机（11），第一舵机（11）上缠绕有环型拉线（12），环型拉线（12）依次穿过若干个翼型骨架（4）的上下两端并与若干个翼型骨架（4）活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：一字型骨架（7）与若干个翼型骨架（4）的材质均为碳纤维杆，若干个翼型骨架（4）的横截面轮廓均是二维的NACA对称翼型。
6.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：若干个翼型骨架（4）的横截面轮廓分别由长短不同的连接机构弯曲长度不同的碳纤维杆而成，连接机构包括至少两个T字形固定件（13），T字形固定件（13）上均连接有空心铆钉（14），空心铆钉（14）内部设有供环型拉线（12）通过的通孔，T字形固定件（13）分别与翼型骨架（4）的上下两端连接，T字形固定件（13）的下端均连接有支撑杆（15），支撑杆（15）的下端均连接有微型弹簧（16），微型弹簧（16）之间连接有菱形衔接件（17）。
7.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼与涵道螺旋桨混合驱动的仿蝠鲼浮空飞行器，其特征在于：摆动机构与柔性扑翼机构相同。
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Citations (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3537365A1 (de) * | 1985-10-19 | 1987-04-23 | Dausch Ernst | Schwingenflugzeug mit muskelkraftantrieb |
| US6250585B1 (en) * | 1997-09-05 | 2001-06-26 | Nekton Technologies, Inc. | Impellers with bladelike elements and compliant tuned transmission shafts and vehicles including same |
| WO2004060743A2 (en) * | 2002-12-09 | 2004-07-22 | University Of Florida | Bendable wing for micro air vehicle |
| JP2010083466A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Bunri Gakuen | 超小型飛行体 |
| WO2011146349A2 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-24 | Piasecki Aircraft Corp. | Modular and morphable air vehicle |
| WO2013060693A2 (fr) * | 2011-10-27 | 2013-05-02 | Desaulniers Jean-Marc Joseph | Exosquelette geometrique actif a carenage annulaire pseudo-rhomboedrique pour engin gyropendulaire |
| CN103991542A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-20 | 佛山市神风航空科技有限公司 | 一种旋转扑翼驱动飞机 |
| KR20140120459A (ko) * | 2013-04-03 | 2014-10-14 | 건국대학교 산학협력단 | 종방향 자세 제어를 위한 피칭 모멘트 발생장치를 갖는 날갯짓 비행체 |
| CN104443378A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 北京理工大学 | 小型扑翼式涵道飞行器 |
| CN106585982A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-04-26 | 西北工业大学 | 采用扑翼驱动的复合式微型飞行器 |
| CN206125426U (zh) * | 2016-07-27 | 2017-04-26 | 刘家猛 | 一种扑翼机用的翅膀及具有该翅膀的人力扑翼机 |
| CN106794899A (zh) * | 2014-10-14 | 2017-05-31 | 特温技术公司 | 飞行设备 |
| CN108298046A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-20 | 成都正光恒电子科技有限责任公司 | 一种扑翼型仿生水下机器人 |
| WO2018208596A1 (en) * | 2017-05-08 | 2018-11-15 | Pinnacle Vista, LLC | Multi-copter lift body aircraft with tilt rotors |
| CN110435888A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-12 | 天津大学 | 一种扑翼飞行器 |
| CN110588931A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 西北工业大学 | 一种基于胸鳍与螺旋桨混合推进的水下仿生航行器 |
| CN112407277A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-26 | 北京机电工程研究所 | 一种仿生扑翼飞行器 |
| JP2021030950A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-03-01 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | モーフィング翼、飛行制御装置、飛行制御方法、及びプログラム |
| CN112478155A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-12 | 武汉科技大学 | 一种两段式三自由度扑翼飞行器 |
| CN113044194A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-06-29 | 青岛海洋科学与技术国家实验室发展中心 | 仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人 |
| CN214608021U (zh) * | 2021-04-15 | 2021-11-05 | 百奥创新(天津)科技有限公司 | 一种仿蝠鲼浮空飞行器 |
| CN214729655U (zh) * | 2021-04-09 | 2021-11-16 | 西南石油大学 | 垂直起降固定翼无人机 |
| KR20220062893A (ko) * | 2020-11-09 | 2022-05-17 | 이상철 | 수직상승 수평하강 회전날갯짓 비행장치 |
| CN115432154A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-06 | 北京理工大学 | 一种有展弦向运动功能的变刚度仿蝠鲼柔性扑翼推进装置 |
| WO2023070690A1 (zh) * | 2021-11-01 | 2023-05-04 | 上海智能制造功能平台有限公司 | 一种仿生鲸鱼的悬浮飞行器及其控制方法 |
| CN116280191A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-06-23 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | 一种扑翼飞行器翅翼及其制备方法 |
| WO2023122109A1 (en) * | 2021-12-20 | 2023-06-29 | Blainjett Aviation Llc | Aircraft and method of flying said aircraft |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070063099A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-22 | Mobodyne Corporation | Buoyancy-assisted air vehicle and system and method thereof |
| NO20070810A (no) * | 2007-02-13 | 2008-03-17 | Proxflyer As | System for å kontrollere flygeretning |
| PT2551190E (pt) * | 2011-07-29 | 2014-01-23 | Agustawestland Spa | Avião convertível |
| US10460717B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-10-29 | Amazon Technologies, Inc. | Carbon nanotube transducers on propeller blades for sound control |
-
2023
- 2023-08-03 CN CN202310966758.XA patent/CN116674747B/zh active Active
Patent Citations (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3537365A1 (de) * | 1985-10-19 | 1987-04-23 | Dausch Ernst | Schwingenflugzeug mit muskelkraftantrieb |
| US6250585B1 (en) * | 1997-09-05 | 2001-06-26 | Nekton Technologies, Inc. | Impellers with bladelike elements and compliant tuned transmission shafts and vehicles including same |
| WO2004060743A2 (en) * | 2002-12-09 | 2004-07-22 | University Of Florida | Bendable wing for micro air vehicle |
| JP2010083466A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Bunri Gakuen | 超小型飛行体 |
| WO2011146349A2 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-24 | Piasecki Aircraft Corp. | Modular and morphable air vehicle |
| WO2013060693A2 (fr) * | 2011-10-27 | 2013-05-02 | Desaulniers Jean-Marc Joseph | Exosquelette geometrique actif a carenage annulaire pseudo-rhomboedrique pour engin gyropendulaire |
| KR20140120459A (ko) * | 2013-04-03 | 2014-10-14 | 건국대학교 산학협력단 | 종방향 자세 제어를 위한 피칭 모멘트 발생장치를 갖는 날갯짓 비행체 |
| CN103991542A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-20 | 佛山市神风航空科技有限公司 | 一种旋转扑翼驱动飞机 |
| CN106794899A (zh) * | 2014-10-14 | 2017-05-31 | 特温技术公司 | 飞行设备 |
| CN104443378A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 北京理工大学 | 小型扑翼式涵道飞行器 |
| CN206125426U (zh) * | 2016-07-27 | 2017-04-26 | 刘家猛 | 一种扑翼机用的翅膀及具有该翅膀的人力扑翼机 |
| CN106585982A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-04-26 | 西北工业大学 | 采用扑翼驱动的复合式微型飞行器 |
| WO2018208596A1 (en) * | 2017-05-08 | 2018-11-15 | Pinnacle Vista, LLC | Multi-copter lift body aircraft with tilt rotors |
| CN108298046A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-20 | 成都正光恒电子科技有限责任公司 | 一种扑翼型仿生水下机器人 |
| CN110435888A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-12 | 天津大学 | 一种扑翼飞行器 |
| JP2021030950A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-03-01 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | モーフィング翼、飛行制御装置、飛行制御方法、及びプログラム |
| CN110588931A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 西北工业大学 | 一种基于胸鳍与螺旋桨混合推进的水下仿生航行器 |
| KR20220062893A (ko) * | 2020-11-09 | 2022-05-17 | 이상철 | 수직상승 수평하강 회전날갯짓 비행장치 |
| CN112407277A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-26 | 北京机电工程研究所 | 一种仿生扑翼飞行器 |
| CN112478155A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-12 | 武汉科技大学 | 一种两段式三自由度扑翼飞行器 |
| CN214729655U (zh) * | 2021-04-09 | 2021-11-16 | 西南石油大学 | 垂直起降固定翼无人机 |
| CN214608021U (zh) * | 2021-04-15 | 2021-11-05 | 百奥创新(天津)科技有限公司 | 一种仿蝠鲼浮空飞行器 |
| CN113044194A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-06-29 | 青岛海洋科学与技术国家实验室发展中心 | 仿蝠鲼胸鳍机构及仿蝠鲼机器人 |
| WO2023070690A1 (zh) * | 2021-11-01 | 2023-05-04 | 上海智能制造功能平台有限公司 | 一种仿生鲸鱼的悬浮飞行器及其控制方法 |
| WO2023122109A1 (en) * | 2021-12-20 | 2023-06-29 | Blainjett Aviation Llc | Aircraft and method of flying said aircraft |
| CN116280191A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-06-23 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | 一种扑翼飞行器翅翼及其制备方法 |
| CN115432154A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-06 | 北京理工大学 | 一种有展弦向运动功能的变刚度仿蝠鲼柔性扑翼推进装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 仿生飞行器非定常气动优化设计研究进展与挑战;肖天航;罗东明;郑祥明;昂海松;吉爱红;;空气动力学学报(第01期);第88-95页 * |
| 微型扑翼飞行器推力特性试验;张亚锋;宋笔锋;袁昌盛;王利光;;航空动力学报(第12期);第108-112页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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