[发明专利]一种可实现协同运动的扑翼结构及飞行器

说明书

本发明公开了一种可实现协同运动的扑翼结构及飞行器，它针对现有技术中扑翼飞行器扑翼结构复杂、传动不平稳等问题，采用铰链四杆机构的演化形式“单曲柄三摇杆机构”设计方案，以更加简单的扑翼结构同时实现机翼的“扑动－挥摆－扭转”协同运动，具有扑翼结构简单、高效，传动平稳的有益效果，其方案如下：结构包括驱动轮；第一传动摇杆，一端呈V型设置，另一端与驱动轮连接，第一传动摇杆V型端部的两侧与第一滑动轴承连接，第一滑动轴承套设于机翼主翼梁；翼肋，翼肋与机翼主翼梁旋转接合；第二传动摇杆，一端呈V型设置，另一端通过曲柄与驱动轮连接，第二传动摇杆V型端部的两侧与第二滑动轴承连接，第二滑动轴承套设于翼肋。

技术领域

本发明涉及仿鸟扑翼飞行器机械结构领域，特别是涉及一种可实现协同运动的扑翼结构及飞行器。

背景技术

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：飞鸟在正常平飞时，其翅膀有四种基本的运动方式——扑动、扭转、挥摆、折叠。其中扑动是绕与飞行方向相同的拍打轴的角度运动；扭转是绕翅膀中线的角度运动,它可以倾斜翅膀以改变其迎角大小；挥摆是绕与机身垂直轴的角度运动,此时翅膀平行于机身作前后挥动；折叠是翅膀沿翼展方向的伸展与弯曲。对于小型飞鸟，翅膀的扭转与挥摆角度相对较大，此时因翅膀扭转而产生的升力对总升力有较大的贡献，而折叠过程不明显。

仿鸟扑翼飞行器是利用柔性扑翼机构就能同时产生升力和推力的飞行器。仿鸟扑翼飞行器的扑翼结构按照机翼结构可分为单段式扑翼结构和多段式扑翼结构，当前国内外研制的扑翼飞行器多为单段式扑翼飞行器，其实现飞行主要依靠机翼刚性主翼梁带动机翼上下扑动和弦向扭转作用，但不能实现前后挥摆动作，并且弦向扭转主要通过舵机控制机翼肋扭转，其存在扑翼系统结构复杂、稳定性和抗干扰能力差、安装舵机额外增加机翼重量，以及机翼弦向扭转动作与机翼上下扑动动作不能协同运动的局限性。

此外，现有仿鸟扑翼飞行器传动结构中通常采用一字型传动部件，一字型传动部件通常设置于机翼主翼梁的一侧，且一字型传动部件与机翼主翼梁的接合作用点数量为单个，该接合点可被视作一字型传动部件施加在机翼主翼梁上的力矩作用点，进而容易造成机翼主翼梁一侧遭遇弯曲、拉伸、挤压和扭转等不同性质的变形与破坏。如图14所示，一字型传动摇杆对机翼主梁左侧有向上的剪力V，该处的剪力为正值，同时也对机翼主翼梁左侧有顺时针的弯矩M，该处的弯矩M为正值，容易造成图15所示的剪切变形和弯曲变形。其次，由于一字型传动部件与曲柄、机翼主翼梁的连接通常均为球面副，则一字型传动部件在球面副球面结合下，容易出现冗余转动自由度问题，进一步地，如图13所示，平行于机身主架上表面的不定向转动自由度(见附图13中的椭圆圈，其中三个小箭头代表旋转方向为不定向)，会导致扑翼飞行器传动摇杆传动过程出现因冗余转动自由度而造成的转动方向不确定性。

因此，为了解决上述问题，亟需对仿鸟扑翼飞行器的单段式扑翼结构进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出了一种可实现协同运动的扑翼结构及飞行器，该扑翼结构以小型飞鸟为仿生对象，采用铰链四杆机构的演化形式“单曲柄三摇杆机构”设计方案，使得仿鸟扑翼飞行器以更加高效简单的机械结构实现扑翼结构的“扑动－挥摆－扭转”协同运动。如背景技术部分所述，小型飞鸟折叠过程不明显，因此本发明所提出的扑翼结构不考虑机翼的折叠过程。

一种可实现协同运动的扑翼结构的具体方案如下：

一种可实现协同运动的扑翼结构，包括

驱动轮；

第一传动摇杆，一端呈V型设置，另一端与驱动轮连接，第一传动摇杆V型端部的两侧与第一滑动轴承连接，第一滑动轴承套设于机翼主翼梁；

翼肋，翼肋与机翼主翼梁旋转接合；

第二传动摇杆，一端呈V型设置，另一端通过曲柄与驱动轮连接，第二传动摇杆V型端部的两侧与第二滑动轴承连接，第二滑动轴承套设于翼肋；