CN219728533U - 一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，包括有机身、鸟翼骨架，机身的两端分别设置有机头、尾翼骨架，鸟翼骨架与机身中部连接，机头、机身、尾翼骨架通过连接轴连接，鸟翼骨架与尾翼骨架的外部均设置有覆面层，机身内设置有传动机构与驱动电机，驱动电机通过传动机构控制鸟翼骨架的扑翼动作，鸟翼骨架与尾翼骨架均设置为蜂窝镂空骨架，机身由前连接部分和后连接部分组成，前连接部分周向设置有多个对称型的空气流通通道，传动机构与驱动电机设置在后连接部分，后连接部分设置有多个对称的泄风口。本实用新型操作方便、结构稳定、便于维修、环境适应能力强，可用于恶劣环境条件下进行敌情侦察，目标追踪。

Description

一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器。

背景技术

扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念微型飞行器，它通过扑动机翼产生升力和推力，扑翼飞行器尺寸小，重量轻，所以具有很好的机动性和隐蔽性，并且造价较低，适合执行危险性较高的特殊任务。

目前研制的微型飞行器面临着不少的技术问题，例如遭遇突风难以保持稳定，微型飞行器的空气动力不太稳定，其飞行状态可能始终都在随时间而变化，因此，微型飞行器的基本气动特征呈大尺度非定常流。

实用新型内容

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，操作方便、结构稳定、便于维修、环境适应能力强，可用于恶劣环境条件下进行敌情侦察，目标追踪，或用于恶劣条件下的道路安全监控，边境巡逻等等。

为实现本实用新型目的而提供的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，包括有机身、鸟翼骨架，所述机身的两端分别设置有机头、尾翼骨架，所述鸟翼骨架与机身中部连接，所述机头、机身、尾翼骨架通过连接轴连接，所述鸟翼骨架与尾翼骨架的外部均设置有覆面层，所述机身内设置有传动机构与驱动电机，所述驱动电机通过所述传动机构控制所述鸟翼骨架的扑翼动作，所述鸟翼骨架与尾翼骨架均设置为蜂窝镂空骨架，所述机身由前连接部分和后连接部分组成，所述前连接部分周向设置有多个对称型的空气流通通道，所述传动机构与驱动电机设置在后连接部分，所述后连接部分设置有多个对称的泄风口，每个泄风口都有合理的位置摆放，可以抵御平衡各个不同风向的不同强度的风。

作为上述方案的进一步改进，所述鸟翼骨架与尾翼骨架的材质设置为碳纤维材质。

作为上述方案的进一步改进，所述机头整体形状设置为子弹头式。

作为上述方案的进一步改进，所述后连接部分的整体形状设置为羽毛球流线型结构。

作为上述方案的进一步改进，所述传动机构包括有安装板，所述安装板与连接轴固定连接，所述安装板的两侧斜向下延伸设置有安装杆，每个所述安装杆的下端两侧分别铰接有V型杆、短翼杆，所述短翼杆的两端分别铰接有长翼杆、回翼杆，所述回翼杆偏心铰接有大齿轮，两个大齿轮互相啮合，并且其中一个大齿轮由小齿轮啮合传动，所述小齿轮、大齿轮均与安装板转动连接，所述小齿轮由驱动电机驱动，所述大齿轮在安装板的另一侧同轴连接有短连接杆，所述短连接杆另一端铰接有长连接杆，所述长连接杆的另一端与V型杆的一端铰接，所述V型杆的另一端铰接有侧翼杆，所述侧翼杆的另一端与长翼杆铰接，所述鸟翼骨架包括有主翼骨架与从翼骨架，所述主翼骨架与短翼杆连接，所述从翼骨架与长翼杆连接。

本实用新型的有益效果是：

与现有技术相比，本实用新型提供的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，在工作时，驱动电机带动小齿轮转动，小齿轮带动两个大齿轮同步转动，每侧的大齿轮均与其连接的短连接杆同时转动，大齿轮带动回翼杆做上下往复运动，短连接杆带动长连接杆做上下往复运动，回翼杆带动短翼杆做绕与主体部分铰接的定点的旋转往复运动，长连接杆带动V型杆做绕与短翼杆铰接的定点的旋转往复运动，V型杆带动侧翼杆做旋转往复运动，短翼杆和侧翼杆带动长翼杆做旋转往复运动，而短翼杆与主翼相连，长翼杆与从翼相连，飞行器就实现了主翼、从翼的扑翼动作。

本实用新型的鸟翼骨架与尾翼骨架均设置为蜂窝镂空骨架，仿造呈中空状态的鸟类骨骼，蜂窝镂空骨架丛横交错，内部充斥着空气，这种独特的“无骨骼”结构，既能最大限度减轻体重，便于飞行，又能感知气压，越是善飞的鸟类，中空骨骼越多。鸟翼骨架与尾翼骨架采用碳纤维材质，这种材料重量轻，强度高，使用方便，非常适合制作机翼骨架，便于飞行。

此外为使飞行器在飞行过程中能够保持稳定，所设计的传动部分中心轴线对称，能够保证飞行过程中重心处于中心轴线上。

在进行恶劣天气条件下的追踪侦察等任务，在机头的头部安装便携式监控摄像头。

附图说明

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1另一角度下的结构示意图；

图3为本实用新型的鸟翼骨架与传动机构的示意图；

图4为图3第二种角度下的结构示意图；

图5为图4去掉鸟翼骨架的结构示意图；

图6为本实用新型的机身的结构示意图；

图7为图6另一角度下的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图7所示，本实用新型提供的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，包括有机身1、鸟翼骨架2，机身1的两端分别设置有机头3、尾翼骨架4，鸟翼骨架2与机身1中部连接，机头3、机身1、尾翼骨架4通过连接轴5连接，机头3整体形状设置为子弹头式，鸟翼骨架2与尾翼骨架4的外部均设置有覆面层，机身1内设置有传动机构与驱动电机，驱动电机通过传动机构控制鸟翼骨架2的扑翼动作，鸟翼骨架2与尾翼骨架4均设置为蜂窝镂空骨架，鸟翼骨架2与尾翼骨架4的材质设置为碳纤维材质。机身1由前连接部分11和后连接部分12组成，前连接部分11周向设置有多个对称型的空气流通通道13，传动机构与驱动电机设置在后连接部分12，后连接部分12的整体形状设置为羽毛球流线型结构，后连接部分12设置有多个对称的泄风口14，每个泄风口14都有合理的位置摆放，可以抵御平衡各个不同风向的不同强度的风。

进一步改进，传动机构包括有安装板21，安装板21与连接轴5固定连接，安装板21的两侧斜向下延伸设置有安装杆22，每个安装杆22的下端两侧分别铰接有V型杆23、短翼杆24，短翼杆24的两端分别铰接有长翼杆25、回翼杆26，回翼杆26偏心铰接有大齿轮27，两个大齿轮27互相啮合，并且其中一个大齿轮27由小齿轮28啮合传动，小齿轮28、大齿轮27均与安装板21转动连接，小齿轮28由驱动电机驱动，大齿轮27在安装板21的另一侧同轴连接有短连接杆29，短连接杆29另一端铰接有长连接杆30，长连接杆30的另一端与V型杆23的一端铰接，V型杆23的另一端铰接有侧翼杆31，侧翼杆31的另一端与长翼杆25铰接，鸟翼骨架2包括有主翼骨架211与从翼骨架212，主翼骨架211与短翼杆24连接，从翼骨架212与长翼杆25连接。在工作时，驱动电机带动小齿轮28转动，小齿轮28带动两个大齿轮27同步转动，每侧的大齿轮27均与其连接的短连接杆29同时转动，大齿轮27带动回翼杆26做上下往复运动，短连接杆29带动长连接杆30做上下往复运动，回翼杆26带动短翼杆24做绕与主体部分铰接的定点的旋转往复运动，长连接杆30带动V型杆23做绕与短翼杆24铰接的定点的旋转往复运动，V型杆23带动侧翼杆31做旋转往复运动，短翼杆24和侧翼杆31带动长翼杆25做旋转往复运动，而短翼杆24与主翼相连，长翼杆25与从翼相连，飞行器就实现了主翼、从翼的扑翼动作。

传统羽毛球是将多片羽毛插在球头上，支杆较多，侧面挡风面积大，如果在室外使用，即便是存在微风，羽毛球飞行路线也会走偏，但是新型的防风塑料羽毛球，球头中间采用敞口设计，同时，尾翼是非连贯设计，进一步增加了空气流动通道，大大减小了挡风面积，使得在户外即使是存在风，也可以稳定使用。所以本技术方案中机身1的后连接部分12的整体形状设置为羽毛球流线型结构，后连接部分12设置有多个对称的泄风口14，每个泄风口14都有合理的位置摆放，可以抵御平衡各个不同风向的不同强度的风，可以解决飞行器抗风能力弱的问题，提升飞行器飞行的稳定性。

飞行器在空中飞动时，是在重力和空气阻力两个力的作用下运动的，重力是一个不变量，空气阻力由迎面阻力、摩擦阻力、涡流阻力三个部分组成，这样，假设飞行器在飞行途中不发生变形，飞行器在飞行时，只受空气阻力的作用进行减速运动，根据伯努利方程，我们有空气阻力的公式：

F＝(1/2)CpSV²

式中：C为空气阻力系数，该值通常是实验值，和物理的特征面积(迎风面积)、物体光滑程度和整体形状有关；P为空气密度，正常的干燥空气可取1.293g/l，特殊条件下可以实地检测；S为羽毛球迎风面积，即最大的横截面积；V为羽毛球与空气的相对运动速度。由上式可知，正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比，与速度平方成正比。

经过上述分析，我们可以得出，仿造羽毛球设计出来的机身1部分，会大大减少挡风面积，即S变小，根据空气阻力的公式，使得空气阻力变小，从而增强抗风能力。

鸟翼的主要参数包括：翼展(b)、翼面积(S)、展弦比(A)。展弦比定义为翼展的平方除以机翼面积。A＝b²/S，莱特兄弟发现，在给定的升力下，一个长而窄的机翼(瘦，大展弦比)比一个短而粗的机翼(胖，小展弦比)阻力小，说明展弦比影响了机翼的阻力，这是由机翼的三位效应引起的，大展弦比的翼尖离开的更远，从而受到翼尖涡(绕翼尖的一种空气环形轨迹形成的涡)的影响也比较小，同时翼尖涡的强度减弱，由于翼尖效应引起的升力损失和阻力也较小。

经过上述分析，我们根据展弦比公式可以得出，想要得到较强的抗风能力，需要增大展弦比A，于是，我们设计出了蜂窝镂空骨架的鸟翼，在加长了翼展(b)的同时，减小了翼面积(S)，大大减小了升力损失和空气阻力，不仅对防风有作用，对飞行器提升升力起飞也有提升。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，包括有机身、鸟翼骨架，所述机身的两端分别设置有机头、尾翼骨架，所述鸟翼骨架与机身中部连接，所述机头、机身、尾翼骨架通过连接轴连接，所述鸟翼骨架与尾翼骨架的外部均设置有覆面层，所述机身内设置有传动机构与驱动电机，所述驱动电机通过所述传动机构控制所述鸟翼骨架的扑翼动作，其特征在于：所述鸟翼骨架与尾翼骨架均设置为蜂窝镂空骨架，所述机身由前连接部分和后连接部分组成，所述前连接部分周向设置有多个对称型的空气流通通道，所述传动机构与驱动电机设置在后连接部分，所述后连接部分设置有多个对称的泄风口。

2.根据权利要求1所述的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述鸟翼骨架与尾翼骨架的材质设置为碳纤维材质。

3.根据权利要求1所述的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述机头整体形状设置为子弹头式。

4.根据权利要求1所述的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述后连接部分的整体形状设置为羽毛球流线型结构。

5.根据权利要求1-4中任一所述的一种抗风能力强的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述传动机构包括有安装板，所述安装板与连接轴固定连接，所述安装板的两侧斜向下延伸设置有安装杆，每个所述安装杆的下端两侧分别铰接有V型杆、短翼杆，所述短翼杆的两端分别铰接有长翼杆、回翼杆，所述回翼杆偏心铰接有大齿轮，两个大齿轮互相啮合，并且其中一个大齿轮由小齿轮啮合传动，所述小齿轮、大齿轮均与安装板转动连接，所述小齿轮由驱动电机驱动，所述大齿轮在安装板的另一侧同轴连接有短连接杆，所述短连接杆另一端铰接有长连接杆，所述长连接杆的另一端与V型杆的一端铰接，所述V型杆的另一端铰接有侧翼杆，所述侧翼杆的另一端与长翼杆铰接，所述鸟翼骨架包括有主翼骨架与从翼骨架，所述主翼骨架与短翼杆连接，所述从翼骨架与长翼杆连接。