[发明专利]多扑翼飞行器及其飞行控制方法

说明书

本发明提供了一种多扑翼飞行器及其飞行控制方法，多扑翼飞行器包括机架和安装在机架上的四套结构相同的独立的扑翼机构。所述的机架下方带有起落架，该扑翼飞行器停放在水平面上时，机架的底面与水平面平行。所述的四套扑翼机构左右对称且前后对称地分布在机架的四个角上，每套扑翼机构均包括机翼、动子、类似工字形软铁芯、线圈、边缘有槽轮、橡胶圈。本发明使用摆动电机直接带动机翼摆动，摆动电机与机翼之间没有传动机构，通过改变施加到摆动电机两极上的电压的时间来控制扑翼飞行器的飞行，有利于提高机翼摆动频率，增大升力。扑翼机构摆强度高，寿命长，制造成本低。

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体是一种多扑翼飞行器及其飞行控制方法。

背景技术

自然界中，部分鸟类和昆虫的扑翼飞行方式可以实现悬停，具有很高的机动性和很低的能耗。人造扑翼飞行器在军用、民用方面有十分广阔的应用前景。美国研制出了“蜂鸟”微型扑翼飞行器，在人造扑翼飞行器方面取得了突破。

现有技术中，人造扑翼飞行器存在以下问题：

1.使用旋转电机带动机翼摆动，旋转电机与机翼之间需要传动机构将旋转电机的转动转化为机翼的摆动，增加了扑翼机的重量、能耗、噪声。

2.仅依靠摆动两个机翼来控制扑翼飞行器的飞行，扑翼机构复杂，机翼摆动频率难以提高，升力小。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种多扑翼飞行器及其飞行控制方法，使用摆动电机直接带动机翼摆动，摆动电机与机翼之间没有传动机构。通过改变施加到摆动电机两极上的电压的时间来控制扑翼飞行器的飞行，有利于提高机翼摆动频率，增大升力。扑翼机构强度高，寿命长，制造成本低。

本发明提供的多扑翼飞行器，包括机架和安装在机架上的四套结构相同的独立的扑翼机构。所述的机架下方带有起落架，该扑翼飞行器停放在水平面上时，机架的底面与水平面平行。所述的四套扑翼机构左右对称且前后对称地分布在机架的四个角上，每套扑翼机构均包括机翼、动子、类似工字形软铁芯、线圈、边缘有槽轮、橡胶圈。所述的机翼通过第一铰链与所述的动子连接，第一铰链轴线与机架的底面平行。动子通过第二铰链与机架连接，第二铰链轴线与机架底面垂直，动子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，凸起限制机翼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°，扑翼飞行器飞行时，机翼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。扑翼飞行器悬停时，机翼围绕第二铰链顺时针摆动阶段和逆时针摆动阶段机翼达到的最小正攻角大小一致。动子上固定有圆环形导磁材料，其中圆环的圆心在第二铰链轴线上，圆环形导磁材料内侧固定有两块圆弧形永磁体，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。动子包围着所述的类似工字形软铁芯，类似工字形软铁芯的外侧为圆弧，其中圆弧的圆心在第二铰链轴线上，类似工字形软铁芯中间有一个让第二铰链穿过的通孔。扑翼飞行器静止时，圆弧形永磁体的圆弧的圆心角的角平分线与类似工字形软铁芯外侧的圆弧的圆心角的角平分线垂直。所述的线圈绕在类似工字形软铁芯上对应工字一竖部分，线圈与电源连接，类似工字形软铁芯固定在机架上。当扑翼飞行器静止时俯视扑翼飞行器，给线圈施加正向电压时，动子受到的磁场力使动子获得顺时针方向的力矩；给线圈施加反向电压时，动子受到的磁场力使动子获得逆时针方向的力矩。一个所述的边缘有槽轮通过第三铰链与动子连接，第三铰链轴线与机架底面垂直，一个边缘有槽轮通过第四铰链与机架连接，第四铰链轴线与机架底面垂直。所述的橡胶圈绷紧在两个边缘有槽轮之间，使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，当机翼和动子围绕第二铰链摆动离开平衡位置时橡胶圈提供回复力。当扑翼飞行器静止时，第一铰链轴线到扑翼飞行器立轴的距离为机架长度的10%以上，且左前方扑翼机构的第一铰链轴线与扑翼飞行器立轴间的最短线段在扑翼飞行器立轴右侧。给线圈通方波交流电，机翼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%，交流电的频率取机翼围绕第二铰链摆动固有频率的90%至110%，给四套扑翼机构的线圈通的交流电频率一致。当给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加正向电压时，给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加反向电压或不给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加电压；当给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加反向电压时，给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加正向电压或不给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加电压；当给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加正向电压时，给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加反向电压或不给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加电压；当给左后方和右前方扑翼机构的线圈施加反向电压时，给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加正向电压或不给左前方和右后方扑翼机构的线圈施加电压。