[发明专利]一种仿生羽毛及采用该仿生羽毛的仿生飞行器

说明书

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种仿生羽毛及采用该仿生羽毛的仿生飞行器，所述的仿生羽毛，包括羽片和用于支撑所述羽片的羽轴，所述羽片包括若干羽片单元，相邻的羽片单元之间相贴合，在沿羽轴的长度方向上，羽轴划分为支撑段和装配段，所述羽片单元包括与所述羽轴相贴合的上羽片单元和下羽片单元，所述上羽片单元位于所述羽轴上方，所述下羽片单元位于所述羽轴下方，在所述支撑段上至少存在有一部分为包覆段，在所述下羽片单元上设置有用于容纳所述包覆段的容纳腔。本发明的仿生羽毛结构，大幅降低了羽毛气体动力学设计难度，使仿生飞行器的精密气体动力学设计成为现实，并且能够显著减轻羽毛重量和提高仿生羽毛寿命。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种仿生羽毛及采用该仿生羽毛的仿生飞行器。

背景技术

目前，仿生飞行器以及仿生机械技术飞速发展，无论是在军事领域还是民用领域，都发挥了巨大的作用；羽毛作为鸟类的重要特征，对鸟类的飞行有至关重要的作用，所以在仿生飞行器的设计中也不可避免的需要对羽毛进行设计，以满足仿生飞行器的伪装要求和飞行气动效果要求。

目前的仿生飞行器制造中，羽毛通常是有两种，一种是采用真实羽毛，另一种是采用仿生羽毛。

对于真实羽毛，其具有良好的伪装效果，所以目前已被较为广泛运用于仿生机械中，但是对于仿生飞行器，羽毛不仅仅要起到伪装的效果，同时还需要满足良好的飞行气动效果，然而在现实中真实羽毛的形状各异，完整程度和残次程度也差异巨大，特别是就单个仿生飞行器而言就需要数十支甚至上百支羽毛，若是批量化的生产，真实羽毛的选取更是难以实现，所以，当采用真实羽毛时，仿生飞行器的设计过程中通常都要为羽毛因素留较大余量，例如为了获得所需升力，通常是所以采用远超理论尺寸的翼展和者翼宽，不仅不利于轻量化和精密化的设计要求，同时也进一步的加剧了羽毛的消耗量；而且真实羽毛还有寿命短和成本高等不足，严重制约了仿生飞行器的进步；

特别的，真实羽毛的结构，包括羽轴和设置在羽轴两侧的羽片，在进一步的研究过程中，发明人发现该结构对于仿生飞行器结构设计带来困难，具体影响因素如下：

真实羽毛的截面结构如说明书附图1所示，羽片2由羽轴1上部分的两侧生长而出，这样的生长方式，使得羽片为具有两片的分体式结构，在两片羽片之间还存在有羽轴的部分顶面，这样的结构使得羽毛上侧面的羽轴位置部分区域存在起伏凹陷，并且在羽片与羽轴的交接处还并非是平滑过渡，在进行飞行器的空气动力学设计中，气流在这些局部凹陷处，气体流向复杂，容易出现湍流或者涡旋气流等，给仿生飞行器设计带来了极大的困难，特别是结合多片羽毛结构形态和完整性各异时，这样的问题尤为显著，严重制约了仿生飞行器的精密化的设计。

目前的仿生羽毛，主要研究方向在于对真实羽毛的模仿设计，以达到良好的外形仿生，而确保仿生飞行器的隐匿性，所以，通常也是采用两片分体式的羽片采用粘接或者卡接的方式设置在羽轴的上半部分两侧，使仿生羽毛在外观形态上与真实羽毛更为相似，虽然，仿生羽毛的羽片形状和羽轴形状都可以按照设计要求进行剪裁和制备，能够解决目前真实羽毛结构形态和完整性各异不统一，以及使用寿命短和成本高的问题，但是依然存在，上侧面局部凹陷处，气体流向复杂，容易出现湍流或者涡旋气流等复杂气流，导致飞行器精密化设计困难的问题。

同时，由于羽片采用卡接或者粘接在羽轴的侧壁，在制造过程中，羽毛与羽轴相接触的位置需要施以较大的压力，以确保连接的牢固和可靠，然而，羽毛质地较为柔软，在微观机构上，在羽片的内部存在有若干的空隙，在制造过程的被施压的局部区域会出现被压缩紧实的情况，进而致使同一羽片的不同区域出现力学性能不一致的情况，所以往往出现成品羽毛的空气动力学数据与设计参数存在差异的问题。特别的，如上述被施压的区域为羽片的根部区域，该区域为羽片在飞行状态下受力最大的区域，所以，该区域的羽片被压缩紧实，导致其力学性能也与羽片的其他区域不同，存在局部应力集中的风险，进而恶化羽毛的使用寿命。

发明内容