[发明专利]一种扑翼矩阵飞行器气动布局

说明书

本发明公开了一种扑翼矩阵飞行器气动布局结构,包括机身和对称设置在机身两侧的大展弦比机翼，所述大展弦比机翼包括机翼框架，机翼框架由若干个垂直于机身方向的机翼框串联而成，在所述机翼框内包括有沿着机身方向的若干个扑翼框，每一个扑翼框内设置一个独立的扑翼，每一个扑翼独立控制；通过对多组扑翼的协同控制，可以实现飞行器的垂直起降、空中悬停、扑动飞行和滑翔飞行，还可以实现飞行器的纵向和航向控制。多组扑翼的共同扑动可以显著提高飞行器的负载能力，进一步提高扑翼的气动效率，从而使飞行器具有更长的飞行距离和飞行时间。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种由扑翼矩阵提供升力、推力和控制的飞行器气动布局。

背景技术

自然界中的飞行高手——鸟类和昆虫，无一例外地都采用扑翼飞行方式，这种经过几千万年漫长进化得到的飞行方式具有很高的机动性和很低的能耗。人类早期也是向鸟类学习希望通过扑动各式各样的翅膀来实现飞翔的梦想，但受限于当时对飞行原理的研究水平和技术、材料、机械等各方面的欠缺，这些尝试都以失败告终。后来，随着对空气动力学的不断深入研究，人们通过固定翼和旋翼飞行方式实现了飞行梦想，这也是现有飞行器的主要飞行方式。固定翼飞行器通过翼面与空气之间的相对速度产生上下表面的压力差形成升力，当飞行速度较低时可能无法产生足够的升力，所以不能适应低速飞行的需求。旋翼飞行器则通过高速旋转的旋翼持续向下推送空气获得升力，可以低速飞行和空中悬停，但需要消耗较高的能量。

近年来，随着对生物飞行机理的深入了解和空气动力学的不断完善，以及相关的电子机械技术、电子控制技术、新型材料、动力能源、导航技术等方面的快速发展，与扑翼相关的技术已经成为一个前沿科技的热点研究问题。扑翼飞行器在军事领域和民用领域均具有十分广阔的应用前景，世界各航空大国都研制出了各具代表的扑翼飞行器，在扑翼相关领域取得了突破进展。与固定翼和旋翼飞行相比，扑翼飞行具有极好的机动性和灵活性，具备一定的垂直起降和空中悬停能力，可以用较少的能量进行长距离飞行。但受限于目前科技水平对扑翼材料和动力的限制，当前的扑翼飞行器主要是仿鸟的小型扑翼飞行器和仿昆虫的微型扑翼飞行器，其扑翼尺寸和扑动频率存在上限，导致扑翼飞行器负重受限，无法实现高负载、长时间或长距离飞行。

针对这一问题，专利“仿雁群扑翼飞行系统”(发明号201410192768.3，发明人：李孝禄等)提供了一种由3个扑翼组成的仿雁群飞行扑翼机，具有较高的承载能力、能源利用率和飞行效率，并能有效利用太阳能获得更长的飞行时间。专利“四翼以上扑翼飞行器”(发明号201611091311.9，发明人：向仲宇)提供了一种4翼以上扑翼飞行器，该扑翼飞行器能提高扑翼飞行器的升力及拉力，使扑翼飞行器能有更大的负重能力。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种扑翼矩阵飞行器气动布局，使扑翼飞行器向大型化发展，具有更灵活的飞行方式，具备更大的负载能力、更高的飞行效率和能源利用率。

本发明的另一个目的是提出一种可以使机身在扑翼扑动飞行过程中保持稳定的扑翼矩阵飞行器气动布局。

本发明的再一个目的是提出一种不需要尾翼、通过部分扑翼实现航向和纵向控制的扑翼矩阵飞行器气动布局。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种扑翼矩阵飞行器气动布局,包括机身和对称设置在机身两侧的大展弦比机翼，所述大展弦比机翼包括机翼框架，机翼框架由若干个垂直于机身方向的机翼框串联而成，在所述机翼框内包括有沿着机身方向的若干个扑翼框，每一个扑翼框内设置一个独立的扑翼，每一个扑翼独立控制。

在上述技术方案中，所述大展弦比机翼的机翼框架内，扑翼成矩阵排列。

在上述技术方案中，在机翼框架内的机翼框中，扑翼成矩阵排列。

在上述技术方案中，在任意一个机翼框内，每一组串联的扑翼的扑动与相邻组存在着相位差。