CN209795826U - 一种仿生扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种仿生扑翼飞行器。所述仿生扑翼飞行器，包括：机身；机身包括碳棒和前侧隔框板；头部隔框板，头部隔框板设置于所述碳棒的顶端；中部隔框板设置于所述碳棒的表面。本实用新型提供的仿生扑翼飞行器具有扑翼飞行可在产生升力的同时产生推力，可以提供充足的机动性能，可以机动地变换飞行姿态，进而可以去除一些舵面，简化机身结构，减轻整体重量；扑翼飞行的推进效率远高于传统推进系统，最大可达到85％，电机在同等功率及扭矩需求状况下，省略了齿轮减速器以及相关支撑结构，达到了减轻质量，提高结构效率的效果，扑翼飞行器无需安装螺旋桨等额外的动力装置，噪声很低，配合上仿生的设计，机身表面设置有蒙皮，极具迷惑性。

Description

一种仿生扑翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，尤其涉及一种仿生扑翼飞行器。

背景技术

飞行器是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械飞行物

现有固定翼或旋翼飞行器依靠螺旋桨或喷气发动机产生推力和拉力，动力装置推进效率在60％左右，提供动力的同时产生较大的噪声，且隐蔽性较差，机体重量一般较大。

因此，有必要提供一种仿生扑翼飞行器解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种仿生扑翼飞行器，解决了仿生动力装置推进效率在60％左右，提供动力的同时产生较大的噪声，机体重量一般较大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的仿生扑翼飞行器，包括：机身；

所述机身包括碳棒和前侧隔框板；

头部隔框板，所述头部隔框板设置于所述碳棒的顶端；

中部隔框板，所述中部隔框板设置于所述碳棒的表面；

两个电机，两个所述电机分别固定安装于所述中部隔框板的左右两侧；

两个驱动曲柄，两个所述驱动曲柄固定于所述电机的输出轴的一端；

两个机翼支撑梁，两个所述机翼支撑梁分别转动连接于两个所述驱动曲柄上，所述机翼支撑梁包括，带动板、中段梁、和外段梁；

中段机翼，所述中段机翼设置于所述中段梁上；

外段机翼，所述外段机翼设置于所述外段梁上；

第一舵机，所述第一舵机通过舵机安装板固定安装于所述碳棒上；

后侧隔框板，所述后侧隔框板设置于所述碳棒表面；

尾部隔框板，所述尾部隔框板设置于所述碳棒的底端；

尾翼，所述尾翼通过球头铰设置于所述尾部隔框板上。

优选的，所述碳棒的表面且位于头部隔框板和中部隔框板之间设置有飞控安装板。

优选的，所述中段梁包括第一中段梁和第二中段梁，所述第一中段梁和第二中段梁均与第一连接板转动连接。

优选的，所述第一中段梁正面和背面的一侧分别转动连接有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的底部与第二中段梁的一侧转动连接，所述第二连接板的一侧与所述外段梁的一侧的背面转动连接，所述第二中段梁正面和背面的一侧分别转动连接有第三连接板和第四连接板，所述第三连接板的一侧与所述外段梁正面的一侧转动连接，所述第四连接板与所述外段梁背面的一侧转动连接。

优选的，所述中段机翼包括第一中段翼助和第二中段翼助，所述第一中段翼助和所述第二中段翼助分别粘接于所述中段梁的左右两侧，所述第一中段翼助一侧的顶部和底部通过第一碳条与所述第二中段翼助一侧的顶部和底部固定连接。

优选的，所述外段机翼包括第一外段翼助、第二外段翼助、第三外段翼助，所述第一外段翼助粘接于所述外段梁的一侧；所述第二外段翼助通过法兰轴承设置于外段梁的另一侧，所述外段梁上设置有第二舵机，所述第二舵机的摇臂上设置有大马力鱼线，所述第一外段翼助一侧的顶部和底部通过第二碳条与所述第二外段翼助一侧的顶部和底部固定连接。

优选的，所述尾翼包括水平尾翼，所述水平尾翼的左右两侧均设置有垂直尾翼。

与相关技术相比较，本实用新型提供的仿生扑翼飞行器具有如下有益效果：

本实用新型提供一种仿生扑翼飞行器，全机的主体骨架结构由碳纤维制作而成，具有较高的刚度和重量比，其中机翼支撑梁内段是一个平行四连杆机构，四连杆机构的边长依据内段展长和翼型厚度进行设计，而外段相对内段而言是一个角度放大器的作用，采用“摩擦轮”的工作原理，外段机翼梁上所配备的第二舵机的摇臂牵动着大马力鱼线，经过外段梁的挡杆换向之后依靠摩擦力带动端部的第二外段翼肋产生俯仰运动，从而牵扯着表面的蒙皮产生形变，尾翼的控制采用传统的拉杆控制，通过机身中部的个第一舵机摇臂拉动铁丝进行控制，当摇臂同时前后运动时，控制尾翼的俯仰运动；当摇臂一前一后运动时，控制尾翼的偏航运动，扑翼飞行可在产生升力的同时产生推力，可以提供充足的机动性能，可以机动地变换飞行姿态，进而可以去除一些舵面，简化机身结构，减轻整体重量，扑翼飞行的推进效率远高于传统推进系统，最大可达到85％，电机在同等功率及扭矩需求状况下，省略了齿轮减速器以及相关支撑结构，达到了减轻质量，提高结构效率的效果，扑翼飞行器无需安装螺旋桨等额外的动力装置，噪声很低，配合上仿生的设计，机身表面设置有蒙皮，极具迷惑性。

附图说明

图1为本实用新型提供的仿生扑翼飞行器的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为图1所示的局部正视图图；

图3为图1所示的局部的侧视图；

图4为图1所示的外段梁的结构示意图；

图5为图1所示的中部隔框板的结构示意图；

图6为电机输出功率的曲线图；

图7为扑翼机运动过程参数；

图8为被动扭转扑翼流场图；

图9为升力系数随扑动过程的变化曲线；

图10为阻力系数随扑动过程的变化曲线；

图11为本实用新型固定组件的结构示意图。

图中标号：1、机身，11、碳棒，12、前侧隔框板，13、头部隔框板，14、飞控安装板，15、中部隔框板，16、电机，17、舵机安装板，18、第一舵机，19、后侧隔框板，110、尾部隔框板，111、驱动曲柄，2、机翼支撑梁，21、带动板，22、中段梁，221、第一中段梁，222、第二中段梁，23、外段梁、24、第一连接板，25、第二连接板，26、第三连接板，27、第四连接板，3、中段机翼，31、第一中段翼助，32、第二中段翼助，33、第一碳条，4、外段机翼，41、第一外段翼助，42、第二外段翼助，43、第三外段翼助，44、第二舵机，45、第二碳条，46、大马力鱼线，5、尾翼，51、水平尾翼，52、垂直尾翼，6、固定组件，61、电机安装板，62、T形固定板，63、第一螺栓，64、第一螺母，65、第二螺栓，66、第二螺母，67、橡胶垫，68、限位板。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5和图11，其中，图1为本实用新型提供的仿生扑翼飞行器的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的局部正视图图；图3为图1所示的局部的侧视图；图4为图1所示的外段梁的结构示意图；图5为图1所示的中部隔框板的结构示意图，图11为本实用新型固定组件的结构示意图。仿生扑翼飞行器，包括：机身1；

所述机身1包括碳棒11和前侧隔框板12，机身1的表面设置有蒙皮，前侧隔框板12设置与蒙皮上的；

头部隔框板13，所述头部隔框板13设置于所述碳棒11的顶端；

中部隔框板15，所述中部隔框板15设置于所述碳棒11的表面；

两个电机16，两个所述电机16分别固定安装于所述中部隔框板15的左右两侧，电机16为永磁微型直流齿轮减速电机；

两个驱动曲柄111，两个所述驱动曲柄111固定于所述电机16的输出轴的一端；

两个机翼支撑梁2，两个所述机翼支撑梁2分别转动连接于两个所述驱动曲柄111上，所述机翼支撑梁2包括，带动板21、中段梁22、和外段梁23；

中段机翼3，所述中段机翼3设置于所述中段梁22上；

外段机翼4，所述外段机翼4设置于所述外段梁23上；

第一舵机18，所述第一舵机18通过舵机安装板17固定安装于所述碳棒11上，舵机安装板17上设置有两个第一舵机18；

后侧隔框板19，所述后侧隔框板19设置于所述碳棒11表面；

尾部隔框板110，所述尾部隔框板110设置于所述碳棒11的底端；

尾翼5，所述尾翼5通过球头铰设置于所述尾部隔框板110上。

所述碳棒11的表面且位于头部隔框板13和中部隔框板15之间设置有飞控安装板14，飞控安装板14用于安装APM飞控。

所述中段梁22包括第一中段梁221和第二中段梁222，所述第一中段梁221和第二中段梁222均与第一连接板24转动连接，第一中段梁221与第二中段梁22位平行设置。

所述第一中段梁221正面和背面的一侧分别转动连接有第一连接板24和第二连接板25，所述第一连接板224的底部与第二中段梁222的一侧转动连接，所述第二连接板25的一侧与所述外段梁23的一侧的背面转动连接，所述第二中段梁222正面和背面的一侧分别转动连接有第三连接板26和第四连接板27，所述第三连接板26的一侧与所述外段梁23正面的一侧转动连接，所述第四连接板27与所述外段梁23背面的一侧转动连接，第二连接板25与第三连接板26位于外段梁23上的一侧转动连接于同轴，第三连接板26与第四连接板27位于第二中段梁222上的一侧转动连接于同轴，整个结构为平行四连杆结构。

所述中段机翼3包括第一中段翼助31和第二中段翼助32，所述第一中段翼助31和所述第二中段翼助32分别粘接于所述中段梁22的左右两侧，所述第一中段翼助31一侧的顶部和底部通过第一碳条33与所述第二中段翼助32一侧的顶部和底部固定连接。

所述外段机翼4包括第一外段翼助41、第二外段翼助42、第三外段翼助43，第三外段翼助43与蒙皮连接，前缘和后缘分别由第二碳条45与第二外段翼助42粘接，所述第一外段翼助41粘接于所述外段梁23的一侧；所述第二外段翼助42通过法兰轴承设置于外段梁23的另一侧，所述外段梁23上设置有第二舵机44，第一舵机18和第二舵机44型号为KST_X08，所述第二舵机44的摇臂上设置有大马力鱼线46，大马力鱼线46经过外段梁23的挡杆换向之后与第二外段翼助42上的法兰轴承套接，与第二舵机44的摇臂形成传动连接，所述第一外段翼助41一侧的顶部和底部通过第二碳条45与所述第二外段翼助42一侧的顶部和底部固定连接。

所述尾翼5包括水平尾翼51，所述水平尾翼51的左右两侧均设置有垂直尾翼52，第一舵机18通过铁丝与尾翼5固定连接。

扑翼机平飞过程，所消耗的功率主要可以分为两个部分，一部分为诱导功率，一部分为克服阻力消耗的功率，按照给定的初步参数计算得到需用功率随飞行速度的关系曲线，扑翼机所用能源组件，包括电池、电机16等的重量与放电功率成正比，为使全机重量较轻，需用功率应该最小，由附图6，选定飞行速度为8.6m/s，需用功率5.24W，扑动机构效率为η_mech＝0.8，实际扑动扭转模型气动效率η_a＝0.8，则电机轴功率最小为8.19W，描述扑翼机运动过程的参数包含四个角度，分别是γ(拍动角)、β(折弯角)、η(滞后角)以及θ(俯仰角)，

本方案拟采用openfoam开源CFD软件对扑翼机气动特性进行数值仿真分析，设定的初始条件包括来流速度、扑动频率、扭转-扑动运动模型，进行了初步的算例分析，扑动频率为1Hz，来流速度8.6m/s，扭转同扑动的运动关系为比例关系，扭转角范围为-15°～+15°，两者相位差为90°，得到的仿真图像如附图7-10。

电机16的一侧与中部隔框板15进行固定的，电机16在工作时会出现震动出现不稳定的情况，且不方便更换，通过在碳棒11且位于中部隔框板15的一侧套设电机安装板61，电机安装板61的左右两侧均设置有第一螺栓53，电机安装板61顶部的中间固定连接有T形固定板62，T形固定板62的左右两侧均设置有两个第二螺栓65，将两个电机16分别放置于电机安装板61顶部的左右两侧将两个限位板68上的通孔与第一螺栓63和第二螺栓65对应插入，此时将第一螺母64和第二螺母66对应拧上，通过拧紧第一螺母64和第二螺母66对限位板68进行拧紧，其中T形固定板和限位板68上均设置有橡胶垫，可以增大摩擦，和保护电机16，通过固定组件6时电机16固定的更加的稳定，且便于更换。

本实用新型提供的仿生扑翼飞行器的工作原理如下：

全机的主体骨架结构由碳纤维制作而成，具有较高的刚度和重量比，飞行时，两个电机16通过驱动曲柄111带动机翼支撑梁2，从而带动中段机翼3和外段机翼4仿生鸟类的翅膀拍动，其中机翼支撑梁2内段是一个平行四连杆机构，四连杆机构的边长依据内段展长和翼型厚度进行设计，而外段相对内段而言是一个角度放大器的作用，电机16为减速电机，减速比为1：10，通过驱动曲柄111从而带动连杆机构实现扑翼飞行器的上下扑动，扑动频率初始设置为1.5Hz，可通过电机进行调节，采用“摩擦轮”的工作原理，外段机翼梁上所配备的第二舵机44的摇臂牵动着大马力鱼线46，经过外段梁23的挡杆换向之后依靠摩擦力带动端部的第二外段翼肋产生俯仰运动，从而牵扯着表面的蒙皮产生形变，尾翼5的控制采用传统的拉杆控制，通过机身1中部的2个第一舵机18摇臂拉动铁丝进行控制，当摇臂同时前后运动时，控制尾翼5的俯仰运动；当摇臂一前一后运动时，控制尾翼5的偏航运动，通过电机16，在同等功率及扭矩需求状况下，省略了齿轮减速器以及相关支撑结构，达到了减轻质量，提高结构效率的效果。

与相关技术相比较，本实用新型提供的仿生扑翼飞行器具有如下有益效果：

本实用新型提供一种仿生扑翼飞行器，全机的主体骨架结构由碳纤维制作而成，具有较高的刚度和重量比，其中机翼支撑梁2内段是一个平行四连杆机构，四连杆机构的边长依据内段展长和翼型厚度进行设计，而外段相对内段而言是一个角度放大器的作用，采用“摩擦轮”的工作原理，外段机翼梁23上所配备的第二舵机44的摇臂牵动着大马力鱼线46，经过外段梁23的挡杆换向之后依靠摩擦力带动端部的第二外段翼肋产生俯仰运动，从而牵扯着表面的蒙皮产生形变，尾翼5的控制采用传统的拉杆控制，通过机身1中部的2个第一舵机18摇臂拉动铁丝进行控制，当摇臂同时前后运动时，控制尾翼5的俯仰运动，当摇臂一前一后运动时，控制尾翼5的偏航运动，扑翼飞行可在产生升力的同时产生推力，可以提供充足的机动性能，可以机动地变换飞行姿态，进而可以去除一些舵面，简化机身1结构，减轻整体重量；扑翼飞行的推进效率远高于传统推进系统，最大可达到85％，电机16在同等功率及扭矩需求状况下，省略了齿轮减速器以及相关支撑结构，达到了减轻质量，提高结构效率的效果，扑翼飞行器无需安装螺旋桨等额外的动力装置，噪声很低，配合上仿生的设计，机身1表面设置有蒙皮，极具迷惑性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种仿生扑翼飞行器，其特征在于，包括：机身；

所述机身包括碳棒和前侧隔框板；

头部隔框板，所述头部隔框板设置于所述碳棒的顶端；

中部隔框板，所述中部隔框板设置于所述碳棒的表面；

两个电机，两个所述电机分别固定安装于所述中部隔框板的左右两侧；

两个驱动曲柄，两个所述驱动曲柄固定于所述电机的输出轴的一端；

两个机翼支撑梁，两个所述机翼支撑梁分别转动连接于两个所述驱动曲柄上，所述机翼支撑梁包括，带动板、中段梁、和外段梁；

中段机翼，所述中段机翼设置于所述中段梁上；

外段机翼，所述外段机翼设置于所述外段梁上；

第一舵机，所述第一舵机通过舵机安装板固定安装于所述碳棒上；

后侧隔框板，所述后侧隔框板设置于所述碳棒表面；

尾部隔框板，所述尾部隔框板设置于所述碳棒的底端；

尾翼，所述尾翼通过球头铰设置于所述尾部隔框板上。

2.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述碳棒的表面且位于头部隔框板和中部隔框板之间设置有飞控安装板。

3.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述中段梁包括第一中段梁和第二中段梁，所述第一中段梁和第二中段梁均与第一连接板转动连接。

4.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述第一中段梁正面和背面的一侧分别转动连接有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的底部与第二中段梁的一侧转动连接，所述第二连接板的一侧与所述外段梁的一侧的背面转动连接，所述第二中段梁正面和背面的一侧分别转动连接有第三连接板和第四连接板，所述第三连接板的一侧与所述外段梁正面的一侧转动连接，所述第四连接板与所述外段梁背面的一侧转动连接。

5.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述中段机翼包括第一中段翼助和第二中段翼助，所述第一中段翼助和所述第二中段翼助分别粘接于所述中段梁的左右两侧，所述第一中段翼助一侧的顶部和底部通过第一碳条与所述第二中段翼助一侧的顶部和底部固定连接。

6.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述外段机翼包括第一外段翼助、第二外段翼助、第三外段翼助，所述第一外段翼助粘接于所述外段梁的一侧；所述第二外段翼助通过法兰轴承设置于外段梁的另一侧，所述外段梁上设置有第二舵机，所述第二舵机的摇臂上设置有大马力鱼线，所述第一外段翼助一侧的顶部和底部通过第二碳条与所述第二外段翼助一侧的顶部和底部固定连接。

7.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述尾翼包括水平尾翼，所述水平尾翼的左右两侧均设置有垂直尾翼。