[发明专利]一种基于混合驱动的扑翼飞行器开合式机翼结构

说明书

本发明公开了一种基于混合驱动的扑翼飞行器开合式机翼结构，包括机翼本体和设置在机翼本体同一侧的初级飞羽叶片组和次级飞羽叶片组，初级飞羽叶片组和次级飞羽叶片组各自包括固定叶片和移动叶片，固定叶片固定在机翼本体上不动，移动叶片在滑槽移动；驱动结构包括动力装置、与移动叶片铰接的传动连杆I和传动连杆II，其中动力装置包括活塞和风力驱动式扇叶组；活塞动力装置驱动传动连杆I，所述的传动连杆I、传动连杆II分别连接局部内啮合齿轮和局部外啮合齿轮，局部内啮合齿轮和局部外啮合齿轮与位于初级飞羽叶片组、次级飞羽叶片组之间的外啮合小齿轮啮合，外啮合小齿轮中心设置有驱动轴，位于机翼本体上方的驱动轴端连接风力驱动式扇叶组。

技术领域

本发明属于扑翼仿生飞行器机械结构设计领域，涉及一种基于混合驱动的扑翼飞行器开合式机翼结构。

背景技术

小型无人飞行器具有体积小、重量轻、机动灵活、起降空间小等优点，在军事和民用领域均有广泛应用，如监测、巡视、搜救、摄影、敌情侦查、电子干扰、甚至主动进攻和防御等。按照升力产生及推进机理，小型无人飞行器可分为：固定翼、旋翼及扑翼飞行器，其中扑翼仿生飞行器是模仿鸟类或昆虫飞行的新型飞行器，既属于仿生机器人范畴，又属于飞行器范畴，涉及多个学科的交叉知识。本发明的研究对象为模仿飞鸟的扑翼飞行器。

扑翼飞行是自然选择的结果，自然界中的飞行生物均采用扑翼方式飞行，极具合理性。2001年哈尔滨工业大学张兴伟的博士论文《仿生微型飞行器扑动翼气动特性的数值研究》中指出：在小型无人飞行器运行的低雷诺系数环境中，与固定翼和旋翼相比，扑翼飞行具有机动、灵活、低能耗及隐身性好等优点，更适宜于长时间无能量补给条件下的远距离飞行。由于扑翼飞行器自身的优势，扑翼飞行器的研究引起了国内外学者的重点关注。

2007年西北工业大学刘岚在博士学位论文《微型扑翼飞行器的仿生翼设计技术研究》中指出：飞鸟翅膀的运动分为下扑和上扑两个阶段，其中下扑阶段是升力产生的主要阶段，在该过程中，飞鸟翅膀羽毛紧闭，上下表面的气流互不连通，气流分别从翅膀上下翼面流过；而上扑阶段是为了使翅膀恢复到最高点以便开始下一周期的扑动，因此飞鸟总是尽量缩短该过程。在上扑过程中，飞鸟散开翅膀飞羽，促使翅膀上下翼面空气流通，以减小飞鸟翅膀上扑时遇到的空气阻力。飞鸟翅膀扑打过程中羽毛的开合是由初级飞羽和次级飞羽运动实现。然而在当前扑翼飞行器研究中所采用的机翼结构没有通过模仿飞鸟飞羽的开合动作以有效减小机翼上扑过程中遇到的空气阻力，从而造成能量的浪费，严重制约了扑翼飞行器的飞行效率。

发明内容

为了解决这一问题，本发明依据飞鸟的飞行机理，设计了一种基于混合驱动的扑翼飞行器开合式机翼结构。本发明提出的机翼结构通过模拟飞鸟在翅膀上下扑动过程中飞羽的开合动作，在不影响机翼下扑过程中升力产生的情况下，有效减小机翼上扑过程中遇到的空气阻力，提高扑翼飞行器的飞行效率，解决当前研究中存在的扑翼飞行器机翼上扑过程中由于空气阻力较大而造成的飞行效率低下问题。本发明中的“混合驱动”是指扑翼飞行器机翼的开合动作同时由机翼压力作用的活塞和风力驱动的扇叶组驱动。

本发明所采用的技术方案：

一种基于混合驱动的扑翼飞行器开合式机翼结构，包括机翼本体和设置在机翼本体同一侧的初级飞羽叶片组和次级飞羽叶片组，所述的初级飞羽叶片组和次级飞羽叶片组各自包括多个间隔分布的固定叶片和移动叶片，多个所述的固定叶片固定在机翼本体上不动，多个所述的移动叶片在驱动结构的驱动下可以沿着位于机翼本体上的滑槽移动；

所述的驱动结构包括动力装置、传动连杆I和传动连杆II，传动连杆I和传动连杆II均与移动叶片铰接；

所述的动力装置为活塞和风力驱动式扇叶组，所述的活塞安装在机翼本体的翅基上，与活塞连接的活塞驱动式连杆连接一个基座，且传动连杆I与该基座相连；所述的风力驱动式扇叶组位于机翼本体上方，且与设置在外啮合小齿轮中心的驱动轴连接；