[发明专利]一种可自主增稳控制的微型双扑翼飞行器及其控制力矩产生方法

权利要求书

1.一种可自主增稳控制的微型双扑翼飞行器，其特征在于，包含中间连接结构、前后两套完全相同的扑翼系统以及增稳控制系统；所述扑翼系统共有两套，每套均包括拍动机构及扑翼，所述扑翼由翼膜、主翼杆、辅翼杆、翼根杆组成；所述中间连接结构将前后两套完全相同的扑翼系统连接为一个整体；所述扑翼系统实现气动力和控制力矩产生；所述增稳控制系统用于飞行过程中的增稳控制，以消除飞行器飞行的动不稳定性；所述中间连接结构为立体结构，所述立体结构上部前后两端开有两个底座安装孔，用于固定所述前后两套扑翼系统的底座，以将两套扑翼系统组合为一个整体；

所述拍动机构包括空心杯电机、减速齿轮组、拍动角放大机构及底座；所述空心杯电机为大功率有刷电机；所述减速齿轮组为二级直齿减速轮组；所述拍动角放大机构为曲柄-连杆机构；所述底座经3D打印整体成型，为左右对称结构；

所述增稳控制系统包含姿态控制舵机、翼根位置控制机构及飞行控制电路板；

所述翼根位置控制机构共有两个，分别控制所述前后一对扑翼的翼根杆位置；所述翼根位置控制机构呈T形，在左右两个端点设孔约束所述翼根杆位置，在中间梁设槽与所述姿态控制舵机的摇臂连接，所述翼根控制机构将所述姿态控制舵机的转动转换为所述翼根位置控制机构的左右移动，带动所述翼根杆左右摆动；

所述姿态控制舵机为微小型大扭矩旋转舵机，一前一后分布在底座的正下方，通过所述姿态控制舵机的摇臂驱动所述翼根位置控制机构左右移动，改变所述翼根杆位置调整所述翼膜上下拍时的张紧程度，在上下拍过程中产生非对称的气动力，从而获得气动控制力矩。

2.如权利要求1所述一种可自主增稳控制的微型双扑翼飞行器，其特征在于，所述翼膜为柔性薄膜，采用聚乙烯材料做成，呈仿生扑翼状；所述翼膜前缘与所述主翼杆连接，所述辅翼杆与所述主翼杆呈30°粘连在所述翼膜上，所述翼膜平铺状态下所述翼根杆与所述翼膜左侧粘连且与翼膜前缘呈110°-120°，所述扑翼安装之后，所述翼根杆与所述主翼杆垂直，以便使所述翼膜在安装后松弛；拍动过程中，所述主翼杆带动所述辅翼杆和翼膜高频往复拍动，所述辅翼杆和翼膜在惯性力和气动力的作用下发生变形，所述翼膜的最大变形受所述翼根杆位置的约束，使得上下拍中间时刻翼展向面积二阶矩位置处的攻角在25°-35°之间，以维持较高的气动效率。

3.如权利要求1所述一种可自主增稳控制的微型双扑翼飞行器，其特征在于，飞行器的滚转力矩和偏航力矩产生方法如下：

滚转力矩产生方法为：当飞行器需要右滚转力矩时，前端姿态控制舵机臂顺时针转动，后端姿态控制舵机臂逆时针转动，通过翼根位置控制机构带动两对翼根杆同时向右摆动，从而使左侧前后两个扑翼翼膜的张紧程度同时变紧，攻角变大，升力增大；使右侧前后两个扑翼翼膜的张紧程度同时放松，攻角变小，升力减小；因此产生了两组左右翼的升力差，得到右滚控制力矩，进而完成飞行器的右滚；左滚力矩姿态控制舵机臂旋转方向与右滚转力矩产生过程相反；

偏航力矩产生方法为：当飞行器需要产生左偏航力矩时，前后两个姿态控制舵机同时顺时针转动，通过翼根位置控制机构带动前端翼根杆向右摆动、后端翼根杆向左摆动：使左侧前后两个翼上拍时翼膜张紧程度变松、攻角变小、气动阻力增大，下拍时翼膜张紧程度变紧、攻角变大、气动阻力减小；右侧前后两个翼上拍时翼膜的张紧程度变紧、攻角变大、气动阻力减小，下拍时翼膜的张紧程度变松、攻角变小、气动阻力增大，因此在水平面内产生了两对扑翼上下拍的阻力差，从而得到左偏航控制力矩，进而完成飞行器向左偏航；右偏航力矩姿态控制舵机臂旋转方向与左偏航力矩产生过程相反。