CN207737497U - 一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置，属于飞行器技术领域。机架为左右两侧对称的双机架结构，动力系统、控制系统分别固连在机架内部，尾翼固连在机架的尾部，右扑翼和左扑翼结构相同；右扑动机构和左扑动机构分别与机架外部左右两侧对称固定连接，右扑动机构和左扑动机构结构相同，右扑翼和左扑翼分别和右扑动机构和左扑动机构固定连接。优点是结构新颖，它具有扑动和前后掠动两个自由度，扑动和前后掠动耦合形式同时为扑翼飞行器提供了高升力和大推力，极大改善了飞行器气动性能，提高了续航能力，具有气动效率高和机动性强的优势，能够完成行航拍、地质测量、军事侦察等复杂任务。

Description

一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置

技术领域

本实用新型属于飞行器技术领域，尤其涉及一种扑翼飞行装置，即一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置。

背景技术

昆虫或鸟类飞行时会通过大角度扑动、旋转及前后扫掠翅膀来获取升力和推力，即昆虫翅膀具有三种自由度的运动形式；根据仿生学原理设计制作的扑翼飞行器根据其运动形式可分为单自由度飞行器和多自由度飞行器，单自由度扑翼飞行器仅可进行扑动翅膀来获取推升力，而多自由度扑翼飞行器可进行扑动和其他两种运动组合形式的运动。

已有的扑翼飞行器大多为仅仅可沿某一直线方向扑动翅翼的单自由度扑翼飞行器，如中国专利《一种无人类扑翼飞行器》，201410234010.1，中国专利《一种带弹簧的旋转扑翼飞行器》，专利号201410234063.3和《一种扑翼驱动器及无人飞行器、工作方法》，专利申请号201710682620.1等，它们飞行灵活性较差，气动效率低，续航时间短，进而严重影响了飞行器的性能，而多自由度扑翼飞行器则不然，因此仿生程度更高的多自由度扑翼飞行器已经成为研究热点；中国专利《一种翅翼可主动变形的多自由度微型扑翼飞行器》，专利号201610168300.X，中国专利《一种昆虫仿真扑翼飞行器》，专利号201210437699.9，为代表的多自由度飞行器具有扑动和扭转翅膀的两自由度运动形式，而扭转翅膀运动带来的推力较为有限，影响了机动性能，很难完成未来的各种复杂任务。

发明内容

本实用新型提供一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置，以解决目前存在的扑动和扭转运动形式带来的推力较为有限，影响了机动性能，很难完成复杂任务的问题。

本实用新型采取的技术方案是：包括机架、右扑翼、动力系统、控制系统、尾翼、左扑翼，其中：机架为左右两侧对称的双机架结构，动力系统、控制系统分别固连在机架内部，尾翼固连在机架的尾部，右扑翼和左扑翼结构相同；右扑动机构和左扑动机构分别与机架外部左右两侧对称固定连接，右扑动机构和左扑动机构结构相同，右扑翼和左扑翼分别和右扑动机构和左扑动机构固定连接；

所述右扑动机构包括右滑筒支架一、右滑筒、右机翼固定片、右滑筒滑块、右滑筒支架二、右曲柄、右曲柄轴承、右滑杆、右滑块、右连接杆和右滑筒滑块轴承；其中：右滑动支架一和右滑筒支架二形状大小均相同，它们一端均垂直嵌入机架1、另一端开有圆形通孔，通过该通孔套住右滑筒，并与右滑筒固连，右机翼固定片圆头一端开有三个螺纹孔，通过在螺纹孔内拧入螺钉与右扑翼固连，右机翼固定片垂直嵌入右滑筒滑块、并与之固连，右滑筒滑块中部设有通孔，该通孔直径比右滑筒外直稍大、右滑筒滑块通过该通孔穿过右滑筒，右滑筒滑块通过该通孔结构沿右滑筒同时进行轴向移动和周向转动，右曲柄开有一大一小两个通孔，右曲柄轴承安装固定在右曲柄的大通孔内，右曲柄通过小通孔与动力系统的齿轮组输出轴固连，右曲柄轴承的内圈与右滑杆固连，右滑杆可相对右曲柄自由转动，L形右滑块由相互垂直的片状结构组成，右滑块的一端开有通孔，直径比右滑杆外径稍大，右滑块通过该通孔套在右滑杆上，右滑块通过该通孔相对右滑杆同时进行轴向移动和周向转动；右滑块另一端同样开有通孔，右连接杆一端安装在右滑块通孔中、并与右滑块固连，右连接杆另一端固连在右滑筒滑块轴承内圈上，右滑筒滑块轴承安装固连在右滑筒滑块的通孔内。

本实用新型的优点是结构新颖，它具有扑动和前后掠动两个自由度，两翼翼尖运动轨迹均为空间“椭圆形”，和自然界扑动飞行生物运动模式相类似，符合高升力机制，扑动和前后掠动耦合形式同时为扑翼飞行器提供了高升力和大推力，极大改善了飞行器气动性能，提高了续航能力，具有气动效率高和机动性强的优势，能够完成行航拍、地质测量、军事侦察等复杂任务。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是本实用新型右扑动机构的结构示意图；

图4(a)是本实用新型右扑翼处于下扑运动起始位置、也是上极限位置的状态图；

图4(b)是本实用新型右扑翼下扑至与水平面平齐位置的状态图；

图4(c)是本实用新型右扑翼即将开始上扑运动的状态图；

图4(d)是本实用新型右扑翼上扑过程结束，并即将开始下一轮的扑运动的状态图。

具体实施方式

包括机架1、右扑翼3、动力系统4、控制系统5、尾翼6、左扑翼7，其中：机架1为左右两侧对称的双机架结构；动力系统4固连在机架1内部，包括小型无刷电机、锂电池、二级减速齿轮组、齿轮组输出轴；控制系统5固连在机架1的内部，包括两个微型直线舵机、与微型直线舵机相连的钢丝线、接收器、控制器组成；尾翼6固连在机架1的尾部，由水平尾翼和垂直尾翼组成，右扑翼3和左扑翼7结构相同，分别由翅脉和翅膜组成；其特征在于：

右扑动机构2和左扑动机构8分别与机架1外部左右两侧对称固定连接，右扑动机构2和左扑动机构8结构、参数和工作原理均相同，右扑翼3和左扑翼7分别和右扑动机构2和左扑动机构8固定连接；

所述右扑动机构2包括右滑筒支架一201、右滑筒202、右机翼固定片203、右滑筒滑块204、右滑筒支架二205、右曲柄206、右曲柄轴承207、右滑杆208、右滑块209、右连接杆210和右滑筒滑块轴承211；其中：右滑动支架一201和右滑筒支架二205形状大小均相同，它们一端均垂直嵌入机架1，另一端开有圆形通孔，通过该通孔机构套住右滑筒202，并与右滑筒202固连；右机翼固定片203圆头一端开有三个螺纹孔，通过在螺纹孔内拧入螺钉可与右扑翼3固连；右机翼固定片203侧面与右滑筒滑块204侧面相互垂直，右机翼固定片203嵌入右滑筒滑块204，并与之固连；右滑筒滑块204中部设有通孔，该通孔直径比右滑筒202外壁直径稍大；右滑筒滑块204通过该通孔穿过右滑筒202；右滑筒滑块204可通过该孔洞结构沿右滑筒202同时进行轴向移动和周向转动；右曲柄206开有一大一小两个通孔，右曲柄轴承207安装固定在右曲柄206的大通孔内；右曲柄206通过小通孔与动力系统4的齿轮组输出轴固连；右曲柄轴承207的内圈与右滑杆208固连，形成过盈配合；右滑杆208可相对右曲柄206自由转动；右滑块209呈L形，由相互垂直的片状结构组成；右滑块209较小的一端开有通孔，直径比右滑杆208外径稍大；右滑块209通过该通孔套在右滑杆208上；右滑块209可通过该通孔结构相对右滑杆208同时进行轴向移动和周向转动；右滑块209另一端同样开有通孔；右连接杆210一端安装在右滑块209与之配合的通孔中，并与右滑块209固连；右连接杆210另一端固连在右滑筒滑块轴承211内圈上，形成过盈配合；右滑筒滑块轴承211安装固连在右滑筒滑块204的通孔内。

工作原理，控制系统接收到地面人员发出的控制信号，动力系统开始工作，并将动力传递至左曲柄和右曲柄，带动左曲柄和右曲柄同步转动。因左扑动机构和右扑动机构的结构和原理相同，且关于机架左右对称，因此下面以右扑动机构为例进行介绍。从该飞行器右侧往左侧看，右曲柄206顺时针转动，右滑杆208也随之转动。右滑块209在右连接杆210和右滑杆208共同作用下，相对右滑杆208沿右滑杆轴线方向上前后滑动，并相对右滑杆轴线转动。右滑筒滑块204在右滑块209及右连接杆210带动下，沿右滑筒202轴线方向前后滑动并相对右滑筒轴线转动，进而带动右机翼固定片203和右扑翼形成扑动和前后扫掠的运动轨迹，为飞行器提供推力和升力。

另外，动力系统、控制系统、尾翼均为现有技术，其中垂直尾翼和水平尾翼均由碳纤维的翅脉和聚乙烯薄膜的翅膜组成，垂直尾翼可以控制飞行器左右转向，水平尾翼可以控制飞行器升降，控制系统通过控制垂直尾翼和水平尾翼，改变了气流对尾翼作用力的大小和方向，实现整机的升降或转向。

下面结合附图进一步说明本实用新型的工作过程。

图4(a)中右扑翼3处于下扑运动起始位置，也是右扑翼3上极限位置，随后右扑动机构2带动右扑翼3进行扑动运动。右曲柄206相对初始位置顺时针旋转90度，右扑翼3下扑至与水平面平齐位置，即图4(b)中的状态。右曲柄206相对初始位置顺时针旋转180度，右扑翼3下扑至下极限位置，此时下扑过程结束，并即将开始上扑运动，即图4(c)中的状态。右曲柄206相对初始位置顺时针旋转270度，右扑翼3上扑至与水平面平齐位置，即图4(c)中的状态。右曲柄206相对初始位置顺时针旋转360度，右扑翼3上扑至上极限位置，此时上扑过程结束，并即将开始下一轮的扑运动，即图4(a)中的状态。上述过程即为右扑翼3的一个运动周期。

起飞：地面操控人员向控制系统5的接收器发射信号，控制系统5控制动力系统4将运动和动力输送给左扑动机构和右扑动机构2，进而带动左扑翼7、右扑翼3运动。随着小型无刷电机的转速不断提高，左扑翼7、右扑翼3扑动时产生的升力和推力也不断增大，当升力和机体重力平衡时，飞行器有起飞的趋势。随后升力大于机体重力，飞行器高度不断增加，完成起飞。

前飞：飞行器完成起飞后，降低小型无刷电机转速，使得平均升力和机体重力平衡。此时，飞行器推力大于所受到的阻力，飞行器实现向前平飞。

转向：在飞行器向前飞时，控制系统5控制垂直尾翼，实现飞行器左右转向。

升降：在飞行器向前飞时，平均升力和重力相平衡。控制系统5控制水平尾翼，实现升降。

降落：慢慢降低小型无刷电机转速的转速，当转速低于一定值时，飞行器平均升力稍小于机体重力时，该飞行器实现缓慢降落。

以上说明是在没有气流干扰的工况下作出的，如果有气流干扰的存在，则应根据气流的方向和流速进行修偏。

Claims (1)

1.一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置，包括机架、右扑翼、动力系统、控制系统、尾翼、左扑翼，其中：机架为左右两侧对称的双机架结构，动力系统、控制系统分别固连在机架内部，尾翼固连在机架的尾部，右扑翼和左扑翼结构相同；其特征在于：右扑动机构和左扑动机构分别与机架外部左右两侧对称固定连接，右扑动机构和左扑动机构结构相同，右扑翼和左扑翼分别和右扑动机构和左扑动机构固定连接；

所述右扑动机构包括右滑筒支架一、右滑筒、右机翼固定片、右滑筒滑块、右滑筒支架二、右曲柄、右曲柄轴承、右滑杆、右滑块、右连接杆和右滑筒滑块轴承；其中：右滑动支架一和右滑筒支架二形状大小均相同，它们一端均垂直嵌入机架1、另一端开有圆形通孔，通过该通孔套住右滑筒，并与右滑筒固连，右机翼固定片圆头一端开有三个螺纹孔，通过在螺纹孔内拧入螺钉与右扑翼固连，右机翼固定片垂直嵌入右滑筒滑块、并与之固连，右滑筒滑块中部设有通孔，该通孔直径比右滑筒外直稍大、右滑筒滑块通过该通孔穿过右滑筒，右滑筒滑块通过该通孔结构沿右滑筒同时进行轴向移动和周向转动，右曲柄开有一大一小两个通孔，右曲柄轴承安装固定在右曲柄的大通孔内，右曲柄通过小通孔与动力系统的齿轮组输出轴固连，右曲柄轴承的内圈与右滑杆固连，右滑杆可相对右曲柄自由转动，L形右滑块由相互垂直的片状结构组成，右滑块的一端开有通孔，直径比右滑杆外径稍大，右滑块通过该通孔套在右滑杆上，右滑块通过该通孔相对右滑杆同时进行轴向移动和周向转动；右滑块另一端同样开有通孔，右连接杆一端安装在右滑块通孔中、并与右滑块固连，右连接杆另一端固连在右滑筒滑块轴承内圈上，右滑筒滑块轴承安装固连在右滑筒滑块的通孔内。