[发明专利]一种扑动扭转幅度可变的两自由度扑翼机构及其飞行器

说明书

本发明公开了一种扑动扭转幅度可变的两自由度扑翼机构，包括用于连接支撑机翼的机翼支撑件、调整机翼扑动幅度的变幅扑动机构、调整机翼扭转幅度的变幅扭转机构、为变幅扑动机构提供动力的第一动力传动系统、为变幅扭转机构提供动力的第二动力传动系统。本发明通过设置调整机翼扑动幅度的变幅扑动机构和调整机翼扭转幅度的变幅扭转机构，使得机翼具有扑动、扭转、可改变扑动幅度及扭转幅度的运动特性，机翼既扑动又扭转的两自由度运动使飞行状态更加贴近鸟类飞行实际扑动规律，具有良好的气动性；机翼的变幅扑动使得飞行器能够基于不同的飞行状况，选择合适的扑翼幅度及扭转幅度，有效提高飞行效率和续航能力。

技术领域

本发明属于扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种扑动扭转幅度可变的两自由度扑翼机构及其飞行器。

背景技术

微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫能够通过翅膀的扑动同时产生推力和升力的新概念飞行器。微型飞行器是二十世纪九十年代才提出的新概念和新技术，1992年美国兰德公司提交美国国防高级研究计划署的一份关于未来军事技术的研究报告首次提出微型飞行器的概念。微型扑翼飞行器一般是指翼展长度在15cm左右，重量在几十克至上百克，有效载荷20g，航速64～80km/h，留空时间20～60min，航程数10km的新型仿生微飞行器。由于它具有体积小、重量轻、成本低、隐身性和可操作性好等特点，可在国防和民用等领域得到广泛应用。

目前微型飞行器多采用单自由度扑翼机构，即机翼的运动仅为平面上下扑动，这种扑翼机构具有结构比较简单、重量较轻的优点，不过它的仿生程度较低，气动性能不能达到要求。为了使扑翼机构的气动性能得到提高，能够满足飞行器进行长时间飞行的要求，人们研究出具有多个自由度运动的扑翼机构。典型的有：专利201210316492.6中涉及到的一种仿昆虫飞行器的扑翼机构，该机构通过曲柄摇杆机构组合形成平面8字形轨迹生成机构，再放大到机翼，使得机翼具有二维性运动，翼尖能画出8字形轨迹。专利201310180160.4中涉及到的一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置，通过机翼旋转曲柄将旋转运动变成机翼扭转连杆的往复运动，进而带动机翼做出周期性扭转动作。专利201420266922.2中涉及到的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，该机构通过驱动曲柄带动扭转连接件使扭转杆转动，同时扭转杆又带动扑动杆扑动，还设置了扑翼折展机构，实现机翼扑动、扭转、折展的三维运动。

在上述扑翼结构中，都无法改变扑翼飞行器在飞行时的扑动幅度及扭转幅度，无法根据不同的飞行状况，选择合适的扑动幅度及扭转幅度，飞行效率和续航能力不高，导致微型扑翼飞行器无法得到广泛应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种扑动扭转幅度可变的两自由度扑翼机构及其飞行器，解决现有的扑翼飞行器在飞行时扑动幅度及扭转幅度不能调整的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种扑动扭转幅度可变的两自由度扑翼机构，包括用于连接支撑机翼的机翼支撑件、调整机翼扑动幅度的变幅扑动机构、调整机翼扭转幅度的变幅扭转机构、为变幅扑动机构提供动力的第一动力传动系统、为变幅扭转机构提供动力的第二动力传动系统；

所述的变幅扑动机构包括第一传动轴和第一滑块，所述的第一滑块上设置有第一连接臂和第二连接臂；所述的第一传动轴与第一动力传动系统输出端连接，所述的第一滑块设置在第一传动轴上，并且第一滑块能够沿第一传动轴移动；所述的机翼支撑件上设置有滑槽，所述的滑槽沿第一传动轴轴向设置，所述的第一连接臂的末端设置在滑槽中；

所述的变幅扑动机构包括摇杆、第二滑块、连接横杆和移动支座，所述的第二滑块套接在摇杆上，且第二滑块可在摇杆上移动，第二滑块与第二动力传动系统输出端连接；所述的连接横杆和移动支座分别连接在摇杆的两端，其中，摇杆可在其与连接横杆的交点处移动，移动支座与摇杆铰接；所述的移动支座能够带动摇杆移动，进而调节移动支座与第二滑块之间的距离；所述的连接横杆与第二连接臂可活动连接。