[发明专利]一种攻角被动翻转的拍动扑翼装置与飞行控制方法

权利要求书

1.一种攻角被动翻转的拍动扑翼装置，其特征在于，包括扑翼、扭转机构和扭转控制机构；

所述的扭转机构包括固定侧和施力侧，所述的施力侧连接扑翼，所述的固定侧连接扭转控制机构，其中，扑翼拍动时，连接扭转控制机构的扭转机构固定侧扭臂保持不动，而连接扑翼的扭转机构施力侧扭臂随着扑翼的运动偏离平衡位置；所述的扭转控制机构的偏转能够带动扭转机构整体转过一定角度；所述攻角为拍动平面与翼面之间的夹角；

所述的扭转机构为扭转弹簧，所述的扭转弹簧的扭转方向为相对于其轴线垂直的方向；

所述的扭转控制机构为电磁舵，所述的电磁舵包括摇臂，所述的摇臂的偏转方向与扭转弹簧轴线方向垂直。

2.根据权利要求1所述的一种攻角被动翻转的拍动扑翼装置，其特征在于，所述的扑翼具体结构为：包括主梁、短梁、斜梁、翼膜以及连接套筒；主梁、短梁、斜梁共面，斜梁位于主梁与短梁之间，短梁根部和斜梁根部固连于主梁的根部处，且连接点位于主梁长度的10％处；翼膜粘在主梁、短梁及斜梁所构成的平面或曲面上，所述连接套筒连接扑翼和扭转弹簧的施力侧扭臂，斜梁与主梁夹角在30°至60°之间；短梁与主梁垂直；主梁根部长度的10％是主梁的外伸段；连接套筒是一个圆柱短管，内径等于扑翼主梁直径，外径等于扭转弹簧内径，并且连接套筒的其中一侧带有外伸的连接耳片，连接套筒的轴线与主梁的轴线重合，主梁插入连接套筒中，二者通过粘连成为一个整体，扭转弹簧施力侧扭臂插入外伸的连接耳片中并粘连为一个整体，扭转弹簧套在连接套筒的外侧并粘连固定；主梁、短梁及斜梁采用碳纤维杆制作，翼膜采用聚乙烯薄膜制作，连接套筒采用树脂材料制作。

3.根据权利要求2所述的一种攻角被动翻转的拍动扑翼装置，其特征在于，所述的扭转弹簧为线径在0.4mm至0.8mm之间，外径2mm，有效圈数3-5圈，最大扭转角不小于90°的微型扭转弹簧。

4.根据权利要求3所述的一种攻角被动翻转的拍动扑翼装置，其特征在于，所述电磁舵包括摇臂、线圈、磁铁、导线、控制电路板，所述电磁舵的导线通电后，线圈周围产生磁场，磁铁在磁场力的作用下运动，带动摇臂偏转，通过操纵控制电路板，可以改变摇臂偏转的方向和角度，摇臂向一侧摆动的最大角度约为30°。

5.采用权利要求1-4任一项所述的攻角被动翻转的拍动扑翼装置进行飞行控制的方法，其特征在于，扑翼拍动时，受到气动力的作用产生绕翼根的气动力矩，使扑翼的攻角发生改变，连接扭转控制机构的扭转机构固定侧扭臂保持不动，而连接扑翼的扭转机构施力侧扭臂随着扑翼的运动偏离平衡位置；扭转机构施加一个与气动力矩相反的扭矩，气动力矩和扭转机构的弹性力矩相互作用，使攻角不断改变，实现了扑翼的被动翻转；所述攻角为拍动平面与翼面之间的夹角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，扭转控制机构的偏转能够带动扭转机构整体转过一定角度，扭转机构的静止角发生改变；拍动过程中扑翼与来流的相对位置发生变化，相对速度发生变化，引起气动力和气动力矩的改变。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据扑翼运动所产生的气动力载荷确定扭转弹簧的最大工作扭矩；扭转弹簧工作扭矩的最大扭矩为扑翼以45度攻角拍动时产生的最大气动力矩的1.5-2倍。