[发明专利]多扑翼飞行器及其飞行控制方法

权利要求书

1.一种多扑翼飞行器，包括机架（1）和扑翼机构，机架（1）下方带有起落架，该多扑翼飞行器停放在水平面上时，机架（1）的底面与水平面平行，其特征在于：机架（1）上安装有四套结构相同的独立的扑翼机构，四套扑翼机构左右对称且前后对称地分布在机架（1）的四个角上，每套扑翼机构均包括机翼（2）、动子（3）、类似工字形软铁芯（4）、线圈（5）、边缘有槽轮（6）和橡胶圈（7），其中，所述的机翼（2）通过第一铰链与所述的动子（3）连接，第一铰链轴线与机架的底面平行，动子（3）通过第二铰链与机架（1）连接，第二铰链轴线与机架（1）底面垂直，动子（3）上固定有圆环形导磁材料（9），其中圆环的圆心在第二铰链轴线上，圆环形导磁材料（9）内侧固定有两块圆弧形永磁体（10），其中圆弧的圆心在第二铰链轴线上，圆弧形永磁体充磁方式为辐射充磁，一块圆弧形永磁体N极在内侧，另一块圆弧形永磁体S极在内侧；所述的类似工字形软铁芯（4）固定在机架（1）上被动子（3）包围，类似工字形软铁芯（4）的外侧为圆弧，其中圆弧的圆心在第二铰链轴线上，类似工字形软铁芯（4）中间有一个让第二铰链穿过的通孔；多扑翼飞行器静止时，圆弧形永磁体（10）的圆弧的圆心角的角平分线与类似工字形软铁芯（4）外侧的圆弧的圆心角的角平分线垂直；所述的类似工字形软铁芯（4）上对应“工”字一竖部分缠绕有线圈（5），线圈（5）与电源连接；当多扑翼飞行器静止时俯视多扑翼飞行器，给线圈（5）施加正向电压时，动子（3）受到的磁场力使动子（3）获得顺时针方向的力矩；给线圈（5）施加反向电压时，动子（3）受到的磁场力使动子（3）获得逆时针方向的力矩；一个边缘有槽轮（6）通过第三铰链与动子连接，第三铰链轴线与机架（1）底面垂直，一个边缘有槽轮（6）通过第四铰链与机架连接，第四铰链轴线与机架（1）底面垂直；所述的橡胶圈（7）绷紧在两个边缘有槽轮（6）之间，使多扑翼飞行器静止时一套扑翼机构的第二铰链轴线、第三铰链轴线、第四铰链轴线在一个平面内，当机翼（2）和动子（3）围绕第二铰链摆动离开平衡位置时橡胶圈（7）提供回复力；当多扑翼飞行器静止时，第一铰链轴线到多扑翼飞行器立轴的距离为机架（1）长度的10%以上，且左前方的扑翼机构第一铰链轴线与多扑翼飞行器立轴间的最短线段在多扑翼飞行器立轴右侧，给线圈通方波交流电，机翼（2）会围绕第二铰链摆动，一个周期内最长施加电压时间取周期的40%至100%，方波交流电的频率取机翼（2）围绕第二铰链摆动固有频率的90%至110%，四套扑翼机构的线圈（5）通的方波交流电频率一致。

2.根据权利要求1所述的多扑翼飞行器，其特征在于：所述的动子（3）围绕第二铰链摆动的最大范围取90°至180°，动子上设置有限制机翼攻角的凸起（8），凸起（8）限制机翼（2）围绕第一铰链只能在一个固定的范围内摆动，该范围大小取60°至120°，多扑翼飞行器飞行时，机翼（2）可在该范围内围绕第一铰链在空气动力和惯性力的作用下摆动，多扑翼飞行器悬停时，机翼（2）围绕第二铰链顺时针摆动阶段和逆时针摆动阶段机翼（2）达到的最小正攻角大小一致。

3.一种权利要求1所述的多扑翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于包括以下过程：

偏航运动：当机翼围绕第一铰链摆动的大部分在机翼围绕第二铰链摆动的离开平衡位置阶段完成，机翼围绕第一铰链摆动的一小部分在机翼围绕第二铰链摆动的回到平衡位置阶段完成时，机翼围绕第二铰链摆动的离开平衡位置阶段机翼平均迎风面积大，机翼围绕第二铰链摆动的回到平衡位置阶段机翼平均迎风面积小，一套扑翼机构运动时，除了产生方向为第二铰链轴线方向的拉力外，还产生方向为机翼围绕第二铰链摆动角的角平分线方向的拉力，其中摆动角取开口向外的角，增加给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加电压的时间，减少给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加电压的时间，使左前方和右后方机翼围绕第二铰链摆动的幅度大，使左后方和右前方机翼围绕第二铰链摆动的幅度小，多扑翼飞行器获得向左偏航的力矩，向左偏航；增加给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加电压的时间，减少给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加电压的时间，使左后方和右前方机翼围绕第二铰链摆动的幅度大，使左前方和右后方机翼围绕第二铰链摆动的幅度小，多扑翼飞行器获得向右偏航的力矩，向右偏航；

前后运动：增加给后方两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，减少给前方两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，使后方两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度大，使前方两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度小，多扑翼飞行器向前倾斜，向前运动；增加给前方两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，减少给后方两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，使前方两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度大，使后方两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度小，多扑翼飞行器向后倾斜，向后运动；

侧向运动：增加给右侧两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，减少给左侧两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，使右侧两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度大，使左侧两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度小，多扑翼飞行器向左倾斜，向左运动；增加给左侧两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，减少给右侧两套扑翼机构的线圈施加电压的时间，使左侧两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度大，使右侧两个机翼围绕第二铰链摆动的幅度小，多扑翼飞行器向右倾斜，向右运动；

垂直运动：增加给四套扑翼机构的线圈施加电压的时间，使四套扑翼机构产生的升力大于多扑翼飞行器的重力，多扑翼飞行器上升；减少给四套扑翼机构的线圈施加电压的时间，使四套扑翼机构产生的升力小于多扑翼飞行器的重力，多扑翼飞行器下降。