CN201941975U - 一种仿鸟类折翼扑翼飞行器 - Google Patents

一种仿鸟类折翼扑翼飞行器 Download PDF

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本实用新型涉及一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，该飞行器主要由机架、扑动机构、设在左右翼的相同的折翼机构、V型尾舵控制机构组成。与现有技术相比，本实用新型以简单紧凑的结构实现单电机驱动折翼的柔性翼扑动，从而达到仿鸟类扇翅扑动效果，并且扑动均完全对称，通过和V型尾舵与柔性翼的结合使得其在飞行效果上高度仿真鸟类，整机结构简单明了、重量较轻。

Description

一种仿鸟类折翼扑翼飞行器
技术领域
本实用新型涉及一种扑翼飞行器，尤其是涉及一种仿鸟类折翼扑翼飞行器。
背景技术
扑翼的飞行方式广泛存在于自然界飞行生物的飞行之中，扑翼飞行囊括了固定翼飞行和旋翼飞行的优点，可以快速的起飞、加速和悬停，具有高度机动性和灵活性。飞行生物的飞行方式大致可以分为三类：低频率的扑动飞行，如许多大型鸟类(鹰、鹫、大雁、海鸥、天鹅等)，翼展较长较大，扑动频率较低，从零到数十赫兹不等，采用低频率的扑动和滑翔相结合的扑动形式；中频的扑动飞行，主要为体形中等的鸟类(如燕子、麻雀、鸽子等)，翅膀不太大，扑动频率相对较高，极少采用滑翔方式；高频的扑动飞行，这种飞行方式是采用频率极高、翅膀的运动规律复杂的扑翼形式，如蜂鸟及体形更小的鸟类和大多数昆虫，扑动频率约为60～80赫兹，能够在空中实现前进、后退、悬停和其它一些高难度的机动飞行。
仿鸟类扑翼飞行器，在应用技术上它超出了传统的飞行器设计和空气动力学的研究范畴，同时开创了微机电系统技术(MEMS)在航空领域的应用。设计和制造具有良好动力学特性的仿鸟扑翼飞行器是目前非常富有挑战性的研究难题。
目前，仿鸟类扑翼飞行器的研究方向分为了两大类，一是普通的机械式扑动，二是基于MEMS微电子机械技术的扑动。而这两大类研究方向都有自身的劣势所在：普通的机械式扑翼机研究成本较低，技术成熟能够方便的体现出扑翼飞行的性能，使得其成为了一大研究方向，但由于其耗能大同时结构较为复杂，所以不可能让扑翼飞行器自身轻量化，在一定技术指标上达不到要求。而基于MEMS微电子机械技术的扑翼机可以使机体轻量化，达到真正意义上的仿生效果，使得其成为了另一大研究方向，但由于其研究成本大，技术并不是非常成熟，同时需要良好的实验条件，使得许多研究者望而却步。扑翼飞行器又因为它本身的飞行性能和使用目的等原因，使得其在航空业上的研究变得一天比一天重要。
从而以设计一种新式机械式扑动为创新点，开展了我们的设计方案。而目前机械式扑翼机的结构基本可归结为两种，一是曲柄摇杆机构，二是五连杆机构。通过对其进行机械原理上的分析后，我们发现曲柄摇杆机构的扑动并不是完全对称的扑动，虽然其结构较为简单，但是并不能达到像鸟类一样对称扑动的模式，因此其飞行效果并不是理想状态。而五连杆机构虽然能做到理想的扑动状态，但由于它需要五连杆和双齿轮配合才能完成扑动，过程中机械能耗损失较大，同时结构较为复杂，会增加扑翼机的本体重量，使得扑翼机的推重比变小，最终影响其飞行性能。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单紧凑、重量较轻、且两翼扑动完全对称，高度仿真鸟类的仿鸟类折翼扑翼飞行器。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，其特征在于，该飞行器主要由机架、扑动机构、设在左右翼的相同的折翼机构、V型尾舵控制机构组成；
所述的机架主要由Y型前支架、滑道、翼面支撑杆、机体主梁、Y型后支架、舵机支架组成；所述的扑动机构主要由电机、齿轮箱、主翼曲柄、连杆、铰链、左主翼杆、右主翼杆、左副翼杆、右副翼杆、轴承、复合铰链、左滑动铰链、右滑动铰链、弹簧铰链、整体柔性翼组成；所述的折翼机构主要由扭簧、主翼头、副翼头、折翼杆组成；所述的V型尾舵控制机构主要由左舵机、右舵机、尾翼、设在尾翼上的两个尾舵、两个转动曲柄、两个空间连杆组成。
所述的机体主梁、Y型前支架、Y型后支架、翼面支撑杆连接形成机架框体，所述的滑道与Y型前支架固定连接，所述的舵机支架设置在Y型后支架的下方。
所述的电机固定在Y型前支架的下端，通过齿轮箱与转动曲柄连接，所述的转动曲柄通过铰链与连杆的一端连接，该连杆的另一端通过复合铰链与左主翼杆、右主翼杆、轴承连接，所述的轴承套设在滑道上，所述的左滑动铰链、右滑动铰链分别设置在Y型前支架的支架顶端，所述的左主翼杆、右主翼杆分别穿过左滑动铰链、右滑动铰链，通过折翼机构与左副翼杆、右副翼杆连接。
所述的主翼头的一端与右主翼杆，其另一端通过扭簧与副翼头成90度连接，所述的折翼杆作为销轴穿过主翼头、副翼头的连接点形成弹簧铰链。
所述的左舵机、右舵机分别固定在舵机支架上，均通过转动曲柄与空间连杆的一端连接，所述的空间连杆的另一端与尾舵连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、通过单电机驱动折翼扑翼，虽然结构简单、机体重量轻，却达到仿鸟类的扑动飞行，且在空气动力学上符合上扑阻力大大小于下扑升力的效果；
2、左右扑动均完全对称，且能够通过空气阻力进行被动的折翼扑动，结合V型尾翼和尾舵的控制得到良好的飞行特性。
附图说明
图1为本设计仿鸟类折翼扑翼飞行器整体结构示意图；
图2为本设计仿鸟类折翼扑翼飞行器骨架结构示意图；
图3为本设计仿鸟类折翼扑翼飞行器扑动机构示意图(等测图)；
图4为本设计仿鸟类折翼扑翼飞行器扑动机构示意图(后视图)；
图5为本设计仿鸟类折翼扑翼飞行器折翼机构示意图；
图6为本设计仿鸟类折翼扑翼飞行器V型尾舵控制机构示意图。
图1中，1为整体柔性翼、2为电机、3为齿轮减速箱、4为弹簧铰链、5为左滑动铰链；
图2中，6为右副翼杆、7为折翼杆、8为右主翼杆、9为Y型前支架、10为滑道、11为翼面支撑杆、12为Y型后支架、13为右舵机、14为机体主梁、15为舵机支架、26为左副翼杆；
图3中，17为轴承、20为连杆、16为左主翼杆；
图4中，18为复合铰链、19为右滑动铰链、21为铰链、22为主翼曲柄；
图5中，23为副翼头、24为扭簧、25为主翼头；
图6中，27为尾翼、28为转动曲柄、29为空间连杆、30为尾舵、31为左舵机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，该飞行器主要由机架、扑动机构、设在左右翼的相同的折翼机构、V型尾舵控制机构组成；机架主要由Y型前支架9、滑道10、翼面支撑杆11、机体主梁14、Y型后支架12、舵机支架15组成；扑动机构主要由电机2、齿轮箱3、主翼曲柄22、连杆20、铰链21、左主翼杆16、右主翼杆8、左副翼杆26、右副翼杆6、轴承17、复合铰链18、左滑动铰链5、右滑动铰链19、弹簧铰链4、整体柔性翼1组成；折翼机构主要由扭簧24、主翼头25、副翼头23、折翼杆7组成；V型尾舵控制机构主要由左舵机31、右舵机13、尾翼27、设在尾翼27上的两个尾舵30、两个转动曲柄28、两个空间连杆29组成。机体主梁14、Y型前支架9、Y型后支架12、翼面支撑杆11连接形成机架框体，滑道10与Y型前支架9固定连接。舵机支架15设置在Y型后支架12的下方。电机2固定在Y型前支架9的下端，通过齿轮箱3与转动曲柄22连接。转动曲柄22通过铰链21与连杆20的一端连接，该连杆20的另一端通过复合铰链18与左主翼杆16、右主翼杆8、轴承17连接。轴承17套设在滑道10上。左滑动铰链5、右滑动铰链19分别设置在Y型前支架9的支架顶端。左主翼杆16、右主翼杆8分别穿过左滑动铰链5、右滑动铰链19，通过折翼机构与左副翼杆26、右副翼杆6连接。主翼头25的一端与右主翼杆8，其另一端通过扭簧24与副翼头23成90度连接。折翼杆7作为销轴穿过主翼头25、副翼头23的连接点形成弹簧铰链4。左舵机31、右舵机13分别固定在舵机支架15上，均通过转动曲柄28与空间连杆29的一端连接，空间连杆29的另一端与尾舵30连接。

Claims (5)

1.一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，其特征在于，该飞行器主要由机架、扑动机构、设在左右翼的相同的折翼机构、V型尾舵控制机构组成；
所述的机架主要由Y型前支架(9)、滑道(10)、翼面支撑杆(11)、机体主梁(14)、Y型后支架(12)、舵机支架(15)组成；
所述的扑动机构主要由电机(2)、齿轮箱(3)、主翼曲柄(22)、连杆(20)、铰链(21)、左主翼杆(16)、右主翼杆(8)、左副翼杆(26)、右副翼杆(6)、轴承(17)、复合铰链(18)、左滑动铰链(5)、右滑动铰链(19)、弹簧铰链(4)、整体柔性翼(1)组成；
所述的折翼机构主要由扭簧(24)、主翼头(25)、副翼头(23)、折翼杆(7)组成；
所述的V型尾舵控制机构主要由左舵机(31)、右舵机(13)、尾翼(27)、设在尾翼(27)上的两个尾舵(30)、两个转动曲柄(28)、两个空间连杆(29)组成。
2.根据权利要求1所述的一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，其特征在于，所述的机体主梁(14)、Y型前支架(9)、Y型后支架(12)、翼面支撑杆(11)连接形成机架框体，所述的滑道(10)与Y型前支架(9)固定连接，所述的舵机支架(15)设置在Y型后支架(12)的下方。
3.根据权利要求1所述的一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，其特征在于，所述的电机(2)固定在Y型前支架(9)的下端，通过齿轮箱(3)与转动曲柄(22)连接，所述的转动曲柄(22)通过铰链(21)与连杆(20)的一端连接，该连杆(20)的另一端通过复合铰链(18)与左主翼杆(16)、右主翼杆(8)、轴承(17)连接，所述的轴承(17)套设在滑道(10)上，所述的左滑动铰链(5)、右滑动铰链(19)分别设置在Y型前支架(9)的支架顶端，所述的左主翼杆(16)、右主翼杆(8)分别穿过左滑动铰链(5)、右滑动铰链(19)，通过折翼机构与左副翼杆(26)、右副翼杆(6)连接。
4.根据权利要求1所述的一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，其特征在于，所述的主翼头(25)的一端与右主翼杆(8)，其另一端通过扭簧(24)与副翼头(23)成90度连接，所述的折翼杆(7)作为销轴穿过主翼头(25)、副翼头(23)的连接点形成弹簧铰链(4)。
5.根据权利要求1所述的一种仿鸟类折翼扑翼飞行器，其特征在于，所述的左舵机(31)、右舵机(13)分别固定在舵机支架(15)上，均通过转动曲柄(28)与空间连杆(29)的一端连接，所述的空间连杆(29)的另一端与尾舵(30)连接。
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