[发明专利]微小型压电仿生扑翼飞行器

说明书

本发明公开了一种微小型压电仿生扑翼飞行器，包括机身，两个仿生扑翼，两个具有振幅放大机构的压电驱动器和辅助结构；所述两个压电驱动器对称固定于所述机身腔体的内部两侧；所述振幅放大机构一端与所述压电驱动器连接，一端与所述仿生扑翼连接；所述辅助机构用于支撑所述机身。本发明可以实现可控的拍打扭转复合动作，具有主动扭转功能，从而大幅提升飞行器所需的气动升力和飞行姿态的可控性；具有轻质、低能耗、结构简单、能量转化效率高等突出优点。

技术领域

本发明涉及微型飞行器技术领域，尤其涉及一种微小型压电仿生扑翼飞行器。

背景技术

微型飞行器在现代军事和民用方面拥有广阔的应用前景，因而得到了世界各国的关注。根据其翼型运动方式的不同，微型飞行器可分为固定翼、旋翼、扑翼三种。其中，扑翼飞行器在稳定性、机动性与能耗等方面均表现出特有的优越性。目前，仿生扑翼飞行器大多数采用电磁电机驱动刚性四杆机构或齿轮箱等传动装置，将电机的旋转运动转化为飞行器翅膀的往复拍打运动。然而，传统的机械加工方法，难以实现微型化，且传统的机械传动方式能量转化效率低。

随着空气动力学和MEMS制造技术的飞速发展，仿生扑翼飞行器向微型化方向发展是必然的趋势。但是，目前微型仿生扑翼飞行器在驱动装置微型化后导致升力和推动力方面不足的问题尚未得到实质性的解决。

检索现有的仿生扑翼飞行器专利发现，申请号为201010289254.1的中国专利提供了一种压电仿昆虫微扑翼飞行器的工作机理，通过使用单层压电晶片制作压电翅膀，经由电压电位及频率的控制，使单层压电晶片产生变形，从而实现压电翅膀的拍打运动。虽然这种设计可以实现飞行器微型化，但是单层压电晶片的变形量很小，在没有变形放大装置的前提下，翅膀的拍打幅度较小，且不能产生有效的扭转运动。

申请号为201610574891.0的中国专利描述了一种昆虫尺度压电驱动扑翼微飞行器的设计方法，使用压电双晶片驱动器作为驱动装置，产生往复振动，通过传动机构放大振动，实现翅膀的往复拍打运动。这种设计可以实现飞行器微型化，但是整体制作工艺较复杂，且翅膀的扭转运动是通过翅膀根部的被动扭转铰链在气动力和惯性力的作用下实现的，能量转化效率较低。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种微小型压电仿生扑翼飞行器。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种微小型压电仿生扑翼飞行器，包括机身，两个仿生扑翼，两个具有振幅放大机构的压电驱动器和辅助结构；其中，所述两个压电驱动器对称固定于所述机身腔体的内部两侧；所述振幅放大机构一端与所述压电驱动器连接，一端与所述仿生扑翼连接；所述辅助机构用于支撑所述机身。

进一步地，所述压电驱动器包括基板层和激励层。

进一步地，所述基板层外环设有四个通孔，用于与所述机身腔体装配；中心位置设有圆孔，用于安装所述振幅放大机构。

进一步地，所述激励层为四片90°扇形压电陶瓷片，粘贴在基板层的一侧。

进一步地，所述振幅放大机构为单悬臂梁结构。

进一步地，所述辅助机构包括机身前支撑，机身中支撑，机身后支撑。

进一步地，所述仿生扑翼包括翅前缘、翅脉和翅膜，翅膜粘贴在翅前缘和翅脉上；其中，所述翅前缘和翅脉采用碳纤维材料，所述翅膜采用聚酯薄膜。

进一步地，处于对角位置的第一片压电陶瓷片与第三片压电陶瓷片构成A相，两片陶瓷片的极化方向相反；处于对角位置的第二片压电陶瓷片与第四片压电陶瓷片构成B相，两片陶瓷片的极化方向相反。

进一步地，当A、B两相同时施加频率相同、时间相位差为90°的交流信号时，两种面外弯曲振动相互耦合，在压电驱动器表面形成行波运动；压电驱动器的行波运动经由振幅放大机构根部向外传导并二级放大，转化为两个仿生扑翼的拍打与扭转复合运动。