CN117602070B - 一种扑翼飞行器动力系统及其扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扑翼飞行器动力系统及其扑翼飞行器，包括扑翼机体，所述扑翼机体设置于机身骨架外侧，所述扑翼机体包括机身、飞行翼部和方向舵尾翼，所述飞行翼部在摆动机构驱动下进行规律性摆动从而为扑翼机体提供升力，所述扑翼机体两侧还活动设置有划水叶轮，当扑翼机体位于空中时，所述摆动机构工作带动飞行翼部摆动，飞行翼部停止摆动此时划水机构工作带动划水叶轮旋转，当方向舵尾翼漂浮在水面上时，此时方向舵尾翼偏转改变扑翼机体在水面的运行方向，本发明的扑翼飞行器不仅能够在空气中进行飞行，还能在水面上漂浮运动，相较于现有技术中飞行器的单一活动场景，本发明的飞行器满足了两栖运动需求，大大拓宽了飞行器的工作场景。

Description

一种扑翼飞行器动力系统及其扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及两栖飞行器技术领域，具体为一种扑翼飞行器动力系统及其扑翼飞行器。

背景技术

无人驾驶飞行器主要分为旋翼、固定翼和扑翼，仿生扑翼式飞行器作为一种新原理、新概念和新技术高度集成的飞行器，与旋翼和固定翼飞行相比，具有结构紧凑、机动性好、飞行效率高等特点，无论在军事活动还是人文自然活动中，均具有广泛的应用场景，扮演着相对重要的角色，其体积小、飞行效率高的特点，使其适合在城市楼群、密林等复杂环境中穿梭飞行甚至停栖；其隐蔽性强、机械噪音小的特点，尤其适用于人与自然的探索以及对稀缺鸟类的研究与保护；其高仿生、大升力、长续航能力使其拥有广阔的发展前景。

然而现有技术中的扑翼飞行器往往仅能够实现单一的扑翼飞行动作，其工作场景较为有限，其已然无法满足当下对无人飞行器的多用途需求，从而限制了飞行器的使用场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扑翼飞行器动力系统及其扑翼飞行器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种扑翼飞行器动力系统，包括扑翼机体，所述扑翼机体设置于机身骨架外侧，所述扑翼机体包括机身、飞行翼部和方向舵尾翼，所述飞行翼部在摆动机构驱动下进行规律性摆动从而为扑翼机体提供升力，所述方向舵尾翼在方向舵机驱动下向机身两侧进行偏转从而改变扑翼机体在飞行过程中的飞行方向，所述扑翼机体内还设置有氦气容纳舱，通过向氦气容纳舱内充注氦气从而为扑翼机体提供升力，所述扑翼机体两侧还活动设置有划水叶轮，两侧的所述划水叶轮在划水机构驱动下同步进行旋转运动，当扑翼机体位于空中时，所述摆动机构工作带动飞行翼部摆动，当扑翼机体漂浮在水面时，飞行翼部停止摆动此时划水机构工作带动划水叶轮旋转，当方向舵尾翼漂浮在水面上时，其底部插入水面以下，此时方向舵尾翼偏转改变扑翼机体在水面的运行方向。

优选的，所述飞行翼部包括摆动杆和薄膜翼，所述薄膜翼靠近机身一侧胶连在机身上。

优选的，所述飞行翼部靠近机身一侧通过振翅转轴活动插设于翼部安装板上，所述翼部安装板与机身骨架连接，所述翼部安装板左右两侧还活动安装有一对偏心转盘，所述偏心转盘的偏心轴上均活动套设有连杆，两侧的所述连杆远离偏心转盘一侧均活动安装在摆动杆设置的铰接套上，通过偏心转盘的转动带动飞行翼部进行振翅运动，所述偏心转盘在动力电机的驱动下进行旋转运动。

优选的，两侧的所述划水叶轮分别与两侧同轴设置的直齿冠轮固定连接，所述直齿冠轮与齿轮传动杆啮合，所述齿轮传动杆远离直齿冠轮一侧还与划水主动轮同轴固定连接，所述划水主动轮在动力电机的驱动下进行旋转运动。

优选的，所述动力电机的驱动轴上固定安装有主动带轮，所述主动带轮通过弹性轮带与从动带轮连接，所述从动带轮还通过升降活动杆与驱动齿轮同轴固定连接，所述升降活动杆活动套设在升降套内，所述升降套活动安装在伸缩机构的伸缩轴上，通过升降套的升降同步带动驱动齿轮升降，所述驱动齿轮在升降过程中分别与偏心转盘或划水主动轮啮合，从而驱动飞行翼部振翅或划水叶轮旋转。

优选的，所述方向舵机固定安装在机身骨架远离翼部安装板一侧，所述方向舵机运动带动方向舵尾翼向机身左右方向偏转。

优选的，所述扑翼机体尾部下方还设置有浮力球，所述浮力球与撬动连杆固定连接，所述撬动连杆通过转轴活动安装在撬动座上，所述撬动座与机身骨架固定固定连接，所述撬动座远离浮力球一端与主动伸缩缸活动配合，所述主动伸缩缸通过管道与从动伸缩缸连通，所述从动伸缩缸的伸缩臂与升降套固定连接，所述从动伸缩缸的伸缩臂外侧还套设有复位弹簧，在扑翼机体的飞行过程中，浮力球自然下垂，此时受到复位弹簧产生的向上推动促使从动伸缩缸的伸缩臂向外延伸，此时升降套上移使得驱动齿轮与偏心转盘啮合，当扑翼机体降落在水面上时，在水体浮力的推动下浮力球上移，所述浮力球上移撬动主动伸缩缸的伸缩臂延伸，此时从动伸缩缸的伸缩臂收缩推动升降套下移，所述升降套下移使得驱动齿轮与划水主动轮啮合。

一种扑翼飞行器，该扑翼飞行器采用上述的扑翼飞行器动力系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的扑翼飞行器不仅能够通过飞行翼部在空气中进行飞行运动，还能通过划水叶轮在水面上漂浮运动，其中飞行翼部与划水叶轮共用一套动力系统，并能够根据该扑翼飞行器的运动状态自主进行运动模式的改变，且方向舵尾翼在两种运动模式下分别实现了不同的功能，相较于现有技术中飞行器的单一活动场景，本发明的飞行器满足了两栖运动需求，大大拓宽了飞行器的工作场景。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体示意图；

图2为本发明的翼部安装板连接结构示意图；

图3为本发明的机身内部结构连接示意图；

图4为本发明的浮球升降状态下驱动齿轮啮合状态示意图。

图中：1扑翼机体、2机身骨架、3机身、4飞行翼部、5方向舵尾翼、6方向舵机、7氦气容纳舱、8划水叶轮、9摆动杆、10薄膜翼、11振翅转轴、12翼部安装板、13偏心转盘、14偏心轴、15连杆、16铰接套、17动力电机、18直齿冠轮、19齿轮传动杆、20划水主动轮、21主动带轮、22弹性轮带、23从动带轮、24升降活动杆、25驱动齿轮、26升降套、27浮力球、28撬动连杆、29撬动座、30主动伸缩缸、31管道、32从动伸缩缸、33复位弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

实施例一：

一种扑翼飞行器动力系统，包括扑翼机体1，扑翼机体1设置于机身骨架2外侧，扑翼机体1包括机身3、飞行翼部4和方向舵尾翼5，飞行翼部4在摆动机构驱动下进行规律性摆动从而为扑翼机体1提供升力，方向舵尾翼5在方向舵机6驱动下向机身两侧进行偏转从而改变扑翼机体1在飞行过程中的飞行方向，扑翼机体1内还设置有氦气容纳舱7，通过向氦气容纳舱7内充注氦气从而为扑翼机体1提供升力，扑翼机体1两侧还活动设置有划水叶轮8，两侧的划水叶轮8在划水机构驱动下同步进行旋转运动，当扑翼机体1位于空中时，摆动机构工作带动飞行翼部4摆动，当扑翼机体1漂浮在水面时，飞行翼部4停止摆动此时划水机构工作带动划水叶轮8旋转，当方向舵尾翼5漂浮在水面上时，其底部插入水面以下，此时方向舵尾翼5偏转改变扑翼机体1在水面的运行方向。

在该实施例中，现有技术中的扑翼飞行器的运动方式得以在本实施例中进行延续，飞行翼部4通过振翅方式为扑翼机体1上升提供升力，通过方向舵尾翼5的左右偏转从而改变该扑翼机体1在空中的飞行方向，与现有技术有区别的是，本实施例中的扑翼机体1内还设置有氦气容纳舱7，通过向该氦气容纳舱7内充注氦气从而为扑翼机体1提供一定的升力，从而减小飞行翼部4的负担，使得该扑翼机体1更容易在控制进行飞行，此外，为了实现该扑翼机体1的两栖功能，在扑翼机体1的两侧还设置有划水叶轮8，当扑翼机体1落入水面上后在水体对扑翼机体1的浮力作用下漂浮于水面之上，此时两侧的划水叶轮8延伸至水体内，此时通过划水叶轮8的旋转即可驱动扑翼机体1进行前后方向的运动，同时当方向舵尾翼5漂浮在水面上时，其底部插入水面以下，此时方向舵尾翼5偏转改变扑翼机体1在水面的运行方向，方向舵机6固定安装在机身骨架2远离翼部安装板12一侧，方向舵机6运动带动方向舵尾翼5向机身左右方向偏转，该方向舵尾翼5同时实现了在空中及水面上的转向控制操作，方向舵尾翼5、摆动机构以及划水机构均与PLC控制模块连接，该PLC控制模块上还设置有无线通信模块，通过地面遥控装置实现对该扑翼机体1在空中和水面的运动进行控制，由于该结构在现有技术中使用较为广泛，在此不再进行赘述，同时方向舵尾翼5、摆动机构以及划水机构均与供电模块连接，该供电模块设置于扑翼机体1内部，用于为各个驱动装置的正常运行提供动力，其中，飞行翼部4包括摆动杆9和薄膜翼10，薄膜翼10靠近机身一侧胶连在机身3上，该飞行翼部4主体采用薄膜翼10式设置，用于为机体进行减重。

实施例二：

飞行翼部4靠近机身3一侧通过振翅转轴11活动插设于翼部安装板12上，翼部安装板12与机身骨架2连接，翼部安装板12左右两侧还活动安装有一对偏心转盘13，偏心转盘13的偏心轴14上均活动套设有连杆15，两侧的连杆15远离偏心转盘13一侧均活动安装在摆动杆9设置的铰接套16上，通过偏心转盘13的转动带动飞行翼部4进行振翅运动，偏心转盘13在动力电机17的驱动下进行旋转运动。

在该实施例中，进一步公开了驱动飞行翼部4进行振翅运动的摆动机构的具体结构，动力电机17在旋转过程中带动两侧的偏心转盘13旋转，偏心转盘13旋转带动两侧的连杆15推动飞行翼部4进行振翅操作。

实施例三：

两侧的划水叶轮8分别与两侧同轴设置的直齿冠轮18固定连接，直齿冠轮18与齿轮传动杆19啮合，齿轮传动杆19远离直齿冠轮18一侧还与划水主动轮20同轴固定连接，划水主动轮20在动力电机17的驱动下进行旋转运动。

在该实施例中，进一步公开了驱动划水叶轮8进行旋转运动的划水机构的具体连接结构，动力电机17带动划水主动轮20旋转进而带动直齿冠轮18和划水叶轮8旋转，其中齿轮传动杆19为一对设置，其分别与两侧对应设置的直齿冠轮18的上盘或下盘啮合，使得两侧的划水叶轮8能够同步进行轴心相反方向的圆周运动，进而使得该扑翼机体1能够在水面上进行前后方向的运动。

实施例四：

动力电机17的驱动轴上固定安装有主动带轮21，主动带轮21通过弹性轮带22与从动带轮23连接，从动带轮23还通过升降活动杆24与驱动齿轮25同轴固定连接，升降活动杆24活动套设在升降套26内，升降套26活动安装在伸缩机构的伸缩轴上，通过升降套26的升降同步带动驱动齿轮25升降，驱动齿轮25在升降过程中分别与偏心转盘13或划水主动轮20啮合，从而驱动飞行翼部4振翅或划水叶轮8旋转。

在该实施例中，进一步公开了动力电机17的具体连接结构，在该结构中，通过升降设置的升降套26运动带动驱动齿轮25的升降，从而改变驱动齿轮25与偏心转盘13或划水主动轮20啮合状态，在此过程中，从动带轮23始终与主动带轮21保持连接，其二者之间通过弹性轮带22连接使得在从动带轮23产生位置是仍然能够保持运动的同步性，升降套26安装在伸缩机构的伸缩轴上，通过伸缩机构的升降带动升降套26升降。

实施例五；

扑翼机体1尾部下方还设置有浮力球27，浮力球27与撬动连杆28固定连接，撬动连杆28通过转轴活动安装在撬动座29上，撬动座29与机身骨架2固定固定连接，撬动座29远离浮力球27一端与主动伸缩缸30活动配合，主动伸缩缸30通过管道31与从动伸缩缸32连通，从动伸缩缸32的伸缩臂与升降套26固定连接，从动伸缩缸32的伸缩臂外侧还套设有复位弹簧33，在扑翼机体1的飞行过程中，浮力球27自然下垂，此时受到复位弹簧33产生的向上推动促使从动伸缩缸32的伸缩臂向外延伸，此时升降套26上移使得驱动齿轮25与偏心转盘13啮合，当扑翼机体1降落在水面上时，在水体浮力的推动下浮力球27上移，浮力球27上移撬动主动伸缩缸30的伸缩臂延伸，此时从动伸缩缸32的伸缩臂收缩推动升降套26下移，升降套26下移使得驱动齿轮25与划水主动轮20啮合。

在该实施例中，进一步公开了驱动升降套26进行伸缩运动的伸缩机构具体连接方式，该伸缩运动方式为纯机械机构式，通过浮力球27的升降带动主动伸缩缸30运动，进而通过主动伸缩缸30的伸缩带动从动伸缩缸32的伸缩。

一种扑翼飞行器，该扑翼飞行器采用上述的扑翼飞行器动力系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种扑翼飞行器动力系统，包括扑翼机体，所述扑翼机体设置于机身骨架外侧，所述扑翼机体包括机身、飞行翼部和方向舵尾翼，所述飞行翼部在摆动机构驱动下进行规律性摆动从而为扑翼机体提供升力，所述方向舵尾翼在方向舵机驱动下向机身两侧进行偏转从而改变扑翼机体在飞行过程中的飞行方向，其特征在于：所述扑翼机体内还设置有氦气容纳舱，通过向氦气容纳舱内充注氦气从而为扑翼机体提供升力，所述扑翼机体两侧还活动设置有划水叶轮，两侧的所述划水叶轮在划水机构驱动下同步进行旋转运动，当扑翼机体位于空中时，所述摆动机构工作带动飞行翼部摆动，当扑翼机体漂浮在水面时，飞行翼部停止摆动此时划水机构工作带动划水叶轮旋转，当方向舵尾翼漂浮在水面上时，其底部插入水面以下，此时方向舵尾翼偏转改变扑翼机体在水面的运行方向；

所述飞行翼部靠近机身一侧通过振翅转轴活动插设于翼部安装板上，所述翼部安装板与机身骨架连接，所述翼部安装板左右两侧还活动安装有一对偏心转盘，驱动飞行翼部进行运动的摆动机构包括偏心转盘，所述偏心转盘的偏心轴上均活动套设有连杆，两侧的所述连杆远离偏心转盘一侧均活动安装在摆动杆设置的铰接套上，通过偏心转盘的转动带动飞行翼部进行振翅运动，所述偏心转盘在动力电机的驱动下进行旋转运动；

两侧的所述划水叶轮分别与两侧同轴设置的直齿冠轮固定连接，驱动划水叶轮进行旋转运动的所述划水机构包括直齿冠轮，所述直齿冠轮与齿轮传动杆啮合，所述齿轮传动杆远离直齿冠轮一侧还与划水主动轮同轴固定连接，所述划水主动轮在动力电机的驱动下进行旋转运动；

所述动力电机的驱动轴上固定安装有主动带轮，所述主动带轮通过弹性轮带与从动带轮连接，所述从动带轮还通过升降活动杆与驱动齿轮同轴固定连接，所述升降活动杆活动套设在升降套内，所述升降套活动安装在伸缩机构的伸缩轴上，通过升降套的升降同步带动驱动齿轮升降，所述驱动齿轮在升降过程中分别与偏心转盘或划水主动轮啮合，从而驱动飞行翼部振翅或划水叶轮旋转；

驱动升降套进行伸缩运动的伸缩机构包括浮力球，所述扑翼机体尾部下方还设置有浮力球，所述浮力球与撬动连杆固定连接，所述撬动连杆通过转轴活动安装在撬动座上，所述撬动座与机身骨架固定固定连接，所述撬动座远离浮力球一端与主动伸缩缸活动配合，所述主动伸缩缸通过管道与从动伸缩缸连通，所述从动伸缩缸的伸缩臂与升降套固定连接，所述从动伸缩缸的伸缩臂外侧还套设有复位弹簧，在扑翼机体的飞行过程中，浮力球自然下垂，此时受到复位弹簧产生的向上推动促使从动伸缩缸的伸缩臂向外延伸，此时升降套上移使得驱动齿轮与偏心转盘啮合，当扑翼机体降落在水面上时，在水体浮力的推动下浮力球上移，所述浮力球上移撬动主动伸缩缸的伸缩臂延伸，此时从动伸缩缸的伸缩臂收缩推动升降套下移，所述升降套下移使得驱动齿轮与划水主动轮啮合。

2.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器动力系统，其特征在于：所述飞行翼部包括摆动杆和薄膜翼，所述薄膜翼靠近机身一侧胶连在机身上。

3.根据权利要求2所述的一种扑翼飞行器动力系统，其特征在于：所述方向舵机固定安装在机身骨架远离翼部安装板一侧，所述方向舵机运动带动方向舵尾翼向机身左右方向偏转。

4.一种扑翼飞行器，其特征在于：该扑翼飞行器采用权利要求1-3任意一项所述的扑翼飞行器动力系统。