[发明专利]一种机翼自适应主动扭转的扑翼飞行器

说明书

本发明公开了一种机翼自适应主动扭转的扑翼飞行器，包括：通过电机组件带动主动齿轮组件动作，主动齿轮组通过连接杆带动从动齿轮组件动作，进而通过四连杆机构和后置自适应调节机构分别带动机翼主扑杆和机翼辅扑杆动作。通过主动齿轮组件和从动齿轮组件安装上的相位差，实现机翼主扑杆和机翼辅扑杆运动上的相位差，实现机翼自适应主动扭转，并通过后置自适应调节结构消除机翼面积变化带来的干涉性影响，从而实现机翼的自适应主动扭转。采用本发明的主动扭转扑翼和包含其的飞行器，可以更好的模拟鸟类实际的扑翼动作，在结构简洁的基础上尽可能的提高扑翼飞行的气动效率和机动性，更好的利用了扑翼飞行的非定常空气动力学特性。

技术领域

本发明涉及一种机翼自适应主动扭转的扑翼飞行器，属于仿生学扑翼飞行器设计技术领域。

背景技术

人类模仿鸟类飞行的愿望由来已久，最早出现的飞行器就是类似鸟儿飞行的扑翼飞行器。扑翼飞行器仅需机翼按照某种规律扑动就可以产生飞行所需的升力和推力，还可产生适应各种飞行环境的俯仰、偏航和滚转力矩。相较于固定翼与旋翼飞行器，扑翼飞行器具有质量轻、体积小、成本低、飞行效率高及操作性好等优点，可以在某些特殊领域完成探索和侦察任务。

机翼是影响扑翼飞行器升力系统性能的关键因素。目前类鸽子尺寸的扑翼机在设计机翼时，一般只有主动拍动，而无主动扭转。此种方法使得扑翼机存在转弯半径大、机动性差以及运动稳定性差等缺陷。针对此缺陷，本发明设计了一种自适应主动扭转的机翼及包含其的扑翼飞行器。此种双自由度的机翼在原理上更符合非定常空气动力学特性，且主动扭转可以产生额外的翻转气动力，其在运动方向上的分力为飞行提供更高的推进力，从而在飞行过程中更贴近鸟类的实际飞行动作。

北京航空航天大学研制出一款包含主动扭转扑翼的飞行器。主动扭转机翼由扑动驱动装置、扑动部和扭转部顺序连接。通过扭转部的扭梁驱动装置带动扭梁部在预定范围内旋转，实现扑翼外段的主动扭转。这种扑翼方式可以更好的模拟鸟类飞行时的振翅，提高扑翼飞行的效率和机动性。但是此种方式扭转范围小，对环境及姿态的变化适应性差，且对翼型的设计和安装要求较高。

南京航空航天大学昂海松团队所研制的扑翼飞行器采用七杆八铰链机构。此种机构能够实现翼尖8字形运动，且能使扑翼绕展向轴线扭转。该机构由微型直流电动机提供动力，通过减速装置驱动连杆，以二级杆组和五杆机构传递扭矩，连杆与机翼以球销副连接、翼轴与机架以滑球副连接，使得机翼弦向扭转，且翼尖产生8字型或者香蕉型轨迹。但为了符合扑翼规律，该机构对各杆件的杆长要求较高，且轨迹优化过程较为复杂。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种机翼自适应主动扭转的扑翼飞行器，通过主动驱动装置和从动驱动装置安装上的相位差，实现了主动扑翼装置和从动扑翼装置运动上的相位差，并通过后置自适应调节结构消除机翼面积变化带来的干涉性影响，从而实现了机翼的主动扭转，更好的利用了扑翼飞行的非定常空气动力学特性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种机翼自适应主动扭转的扑翼飞行器，包括以下组成部分：

用于驱动前置扑翼的主动驱动装置，包括提供原动力的电机组件及主动齿轮组件；

用于驱动后置扑翼的从动驱动装置，包括从动齿轮组件；

用于进行拍打运动的主动扑翼装置，包括一对四连杆机构、一对机翼主扑杆和三对旋转轴承；

用于进行拍打运动及产生主动扭转的从动扑翼装置，包括一对四连杆机构、一对机翼辅扑杆；

用于消除扑翼面积变化的后置自适应调节机构，包括一对旋转轴承、两对滑动轴承；

用于进行整体支撑的飞行器机架，采用三段式机构，包括沿纵向依次布置的扑翼机首部、扑翼机中部和扑翼机尾部，每两部分之间通过沿纵向布置的连接杆固定连接，并形成沿纵向方向设置的两个安装位。