翼梢开缝的仿生扑动翼制造技术

本发明专利技术提供一种翼梢开缝的仿生扑动翼，包括主梁(7)、斜梁(8)、翼肋、薄膜蒙皮(9)和羽毛蒙皮(6)；主梁(7)、斜梁(8)和翼肋构成扑动翼的结构主框架；靠近翼根的框架单元上方覆盖薄膜蒙皮(9)；靠近翼梢的框架单元为由主梁梢部段、斜梁梢部段和第n翼肋根部段围成的三角形框架；第n翼肋的朝向翼梢的外侧覆盖若干根鸟类羽毛作为羽毛蒙皮(6)，羽毛蒙皮(6)的前缘呈后掠状，后缘呈开缝状；羽毛蒙皮(6)的外缘与薄膜蒙皮(9)形成弧形过渡。具有以下优点：本发明专利技术提供的翼梢开缝的仿生扑动翼，能够控制翼尖涡的强度和方向，提高扑动翼的气动效率，从而提高飞行能力，且重量轻、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机翼，具体涉及一种翼梢开缝的仿生扑动翼。
技术介绍
扑翼飞行器是一种仿生飞行器，模仿自然界的鸟类或昆虫等采用扑动翼进行飞行，具有姿态灵活、仿生性强、隐蔽性好的特点，可以用于执行特殊的安保、监控、侦察等任务。从上世纪九十年代以来，在国际范围内形成了研究热点，各国都投入大量研究，一些代表性的研究成果包括：美国的“蜂鸟”，德国的“海鸥”、“蜻蜓”，荷兰的“Delfly”等，但性能距离实用还有一定的差距，主要体现为飞行时间有限、有效载荷小以及操纵难度大等方面，限制其性能的一个主要原因就是现有的扑翼飞行器的飞行效率较低、功率消耗仍然很大。目前已经成功飞行的扑翼飞行器大多主要采用平板扑动翼，相关的风洞实验及数值模拟研究均表明平板扑动翼的升力系数较低，飞行中需要的迎角大，会造成阻力的同时增大。另外，扑翼由于结构和重量限制，一般采用碳纤维骨架及薄膜蒙皮的结构，此种结构在飞行速度较快时，翼梢部位会向外后方产生强度较大的翼尖涡，对能量产生了很大的消耗。例如，中国专利公开号CN100467347C，公开日2009年3月11日，专利技术创造的名称为一种两段式微型扑翼飞机机翼，该申请案公开了一种微型扑翼飞机的机翼，分为内外两段，外翼段为平面翼型，内翼段为弧度翼型。其不足之处是，内外翼段的主承力结构变化较大，易造成结构破坏，且整体展弦比较大，无法提供较高的扑动频率。例如，中国专利公开号CN102501972B，公开日2011年11月20日，专利技术创造的名称为一种微型扑翼机的机翼。该申请案公开了一种翼肋具有一定弯度的扑翼机机翼，主梁和辅助梁形成主支撑结构控制整体刚度，根部翼肋有弯度以产生较大升力，梢部翼肋平直以产生较大推力。其不足之处是，翼梢部位产生的翼尖涡方向为外后向，对能量消耗较大。为了提高扑翼飞行器的气动效率，出现了一些采用机构对扑动翼进行主动或半主动改变的专利技术创造，这类扑动翼的结构比较复杂，具有较大重量，功耗大，可靠性差，难以精确控制。例如，中国专利公开号CN201217500Y，公开日2009年4月8日，专利技术创造的名称为仿生飞行器机翼，该申请案公开了一种机翼结构，具有贯穿上下表面的减阻孔，内部通过叶片轴铰接。不足之处在于，页片及机构重量很大，对输入功率需求大，开合运动需要精准配合，控制难度大。再例如，中国专利公开号CN101492094A，公开日2009年7月29日，专利技术创造的名称为可折两段式扑翼机机翼，该申请案公开了一种可折为两段的扑翼机机翼，由传动曲轴和拉杆配合，在扑翼上下运动的同时产生内外翼段的相对折叠运动。其不足之处是，折叠部位无过渡，破坏了气动性能的连续性，且部件重量大，消耗功率大，可靠性差。可见，目前已公开的各类扑动翼，具有气动效率低、部件重量大以及可靠性不足等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种翼梢开缝的仿生扑动翼，能够控制翼尖涡的强度和方向，提高扑动翼的气动效率，从而提高飞行能力，且重量轻、可靠性高。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种翼梢开缝的仿生扑动翼，包括主梁(7)、斜梁(8)、翼肋、薄膜蒙皮(9)和羽毛蒙皮(6)；其中，所述翼肋包括n根，n为大于等于2的自然数；各根翼肋按从翼根向翼梢方向排列，且其前缘点均固定在所述主梁(7)；将从翼根向翼梢方向排列的各根翼肋依次记为第1翼肋、第2翼肋…第n翼肋，第n翼肋与所述主梁(7)的固定点与所述主梁(7)的梢部端点不重合；所述斜梁(8)的外缘点固定于所述主梁(7)的梢部端点，所述斜梁(8)的根部通过所述第1翼肋的后半部分，所述斜梁(8)与各根所述翼肋在相交位置均连接固定；所述主梁(7)、所述斜梁(8)和n根翼肋构成扑动翼的结构主框架；对于所述结构主框架，以所述第n翼肋为分界，区分为靠近翼根的框架单元和靠近翼梢的框架单元；所述靠近翼根的框架单元上方覆盖所述薄膜蒙皮(9)；所述靠近翼梢的框架单元为由主梁梢部段、斜梁梢部段和第n翼肋根部段围成的三角形框架；所述第n翼肋的朝向翼梢的外侧覆盖若干根鸟类羽毛作为羽毛蒙皮(6)，其中，各根鸟类羽毛布置形状呈扇形，各根鸟类羽毛的根部与所述三角形框架中的主梁梢部段固定，所述鸟类羽毛与三角形框架中的斜梁梢部段在相交位置也连接固定；所述羽毛蒙皮(6)的前缘呈后掠状，后缘呈开缝状；所述羽毛蒙皮(6)的外缘与所述薄膜蒙皮(9)形成弧形过渡。优选的，n为5。优选的，所述主梁(7)平直，从根部开始，n根翼肋占据主梁展向长度的70％～90％。优选的，第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋均垂直于主梁；第n翼肋与主梁梢部方向成锐角；第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋长度相等,第n翼肋的长度小于第1翼肋的长度，从而形成机翼平面向梢部方向弧形扩展。优选的，第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋为平直翼肋或具有弯度的翼肋；当第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋为具有弯度的翼肋时，所述斜梁(8)在对应位置也具有弧度，进而保证所述斜梁(8)与第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋均具有相交点；所述第n翼肋平直，与主梁(7)外侧夹角70～90°。优选的，所述主梁(7)的刚度大于所述斜梁(8)的刚度；所述斜梁(8)的刚度大于各根翼肋的刚度，以在扑动过程中产生一定的结构变形。优选的，第n翼肋的刚度大于等于其他n-1根翼肋的刚度，进而有助于产生推力。本专利技术提供的翼梢开缝的仿生扑动翼具有以下优点：本专利技术提供的翼梢开缝的仿生扑动翼，能够控制翼尖涡的强度和方向，提高扑动翼的气动效率，从而提高飞行能力，且重量轻、可靠性高。附图说明图1为本专利技术提供的翼梢开缝的仿生扑动翼的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了克服现有扑动翼气动效率低，结构刚度分布不合理，可靠性差的不足，本专利技术提供一种翼梢开缝的仿生扑动翼，能够提高扑翼飞行器的气动效率，提高扑动翼的可靠性。研究表明，扑动翼的外缘形状会显著影响翼尖涡的大小以及方向，仿生的翼梢开缝扑动翼采用鸟类羽毛作为外段蒙皮，可以有效控制翼尖涡的大小和方向，从而从根本上改善扑翼飞行器的气动效率，提高飞行能力。结合图1，本专利技术提供一种翼梢开缝的仿生扑动翼，包括主梁7、斜梁8、翼肋、薄膜蒙皮9和羽毛蒙皮6；其中，主梁、斜梁和翼肋构成扑动翼的结构主框架。蒙皮分为两部分，以斜梁为分界，在框架上靠近翼根的一侧覆盖薄膜蒙皮，靠近翼梢的外侧覆盖鸟类羽毛作为羽毛蒙皮。下面分别对结构主框架和蒙皮结构形式分别介绍：(1)结构主框架主梁、斜梁和翼肋构成扑动翼的结构主框架。其中，翼肋包括n根，n为大于等于2的自然数；翼肋的具体设置数量，根据仿生扑动翼的规模而定，本专利技术对此并不限制，在附图中，共设置有5根翼肋；各根翼肋按从翼根向翼梢方向排列，且其前缘点均固定在主梁7；将从翼根向翼梢方向排列的各根翼肋依次记为第1翼肋、第2翼肋…第n翼肋，第n翼肋与主梁7的固定点与主梁7的梢部端点不重合；作为优选方式，主梁7平直，从根部开始，n根翼肋占据主梁展向长度的70％～90％。第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋均垂直于主梁；第n翼肋与主梁梢部方向成锐角；第1翼肋、第2翼肋…第n-1翼肋长度相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种翼梢开缝的仿生扑动翼，其特征在于，包括主梁(7)、斜梁(8)、翼肋、薄膜蒙皮(9)和羽毛蒙皮(6)；其中，所述翼肋包括n根，n为大于等于2的自然数；各根翼肋按从翼根向翼梢方向排列，且其前缘点均固定在所述主梁(7)；将从翼根向翼梢方向排列的各根翼肋依次记为第1翼肋、第2翼肋…第n翼肋，第n翼肋与所述主梁(7)的固定点与所述主梁(7)的梢部端点不重合；所述斜梁(8)的外缘点固定于所述主梁(7)的梢部端点，所述斜梁(8)的根部通过所述第1翼肋的后半部分，所述斜梁(8)与各根所述翼肋在相交位置均连接固定；所述主梁(7)、所述斜梁(8)和n根翼肋构成扑动翼的结构主框架；对于所述结构主框架，以所述第n翼肋为分界，区分为靠近翼根的框架单元和靠近翼梢的框架单元；所述靠近翼根的框架单元上方覆盖所述薄膜蒙皮(9)；所述靠近翼梢的框架单元为由主梁梢部段、斜梁梢部段和第n翼肋根部段围成的三角形框架；所述第n翼肋的朝向翼梢的外侧覆盖若干根鸟类羽毛作为羽毛蒙皮(6)，其中，各根鸟类羽毛布置形状呈扇形，各根鸟类羽毛的根部与所述三角形框架中的主梁梢部段固定，所述鸟类羽毛与三角形框架中的斜梁梢部段在相交位置也连接固定；所述羽毛蒙皮(6)的前缘呈后掠状，后缘呈开缝状；所述羽毛蒙皮(6)的外缘与所述薄膜蒙皮(9)形成弧形过渡。...

【技术特征摘要】
1.一种翼梢开缝的仿生扑动翼，其特征在于，包括主梁(7)、斜梁(8)、翼肋、薄膜蒙皮(9)和羽毛蒙皮(6)；其中，所述翼肋包括n根，n为大于等于2的自然数；各根翼肋按从翼根向翼梢方向排列，且其前缘点均固定在所述主梁(7)；将从翼根向翼梢方向排列的各根翼肋依次记为第1翼肋、第2翼肋…第n翼肋，第n翼肋与所述主梁(7)的固定点与所述主梁(7)的梢部端点不重合；所述斜梁(8)的外缘点固定于所述主梁(7)的梢部端点，所述斜梁(8)的根部通过所述第1翼肋的后半部分，所述斜梁(8)与各根所述翼肋在相交位置均连接固定；所述主梁(7)、所述斜梁(8)和n根翼肋构成扑动翼的结构主框架；对于所述结构主框架，以所述第n翼肋为分界，区分为靠近翼根的框架单元和靠近翼梢的框架单元；所述靠近翼根的框架单元上方覆盖所述薄膜蒙皮(9)；所述靠近翼梢的框架单元为由主梁梢部段、斜梁梢部段和第n翼肋根部段围成的三角形框架；所述第n翼肋的朝向翼梢的外侧覆盖若干根鸟类羽毛作为羽毛蒙皮(6)，其中，各根鸟类羽毛布置形状呈扇形，各根鸟类羽毛的根部与所述三角形框架中的主梁梢部段固定，所述鸟类羽毛与三角形框架中的斜梁梢部段在相交位置也连接固定；所述羽毛蒙皮(6)的前缘呈后掠状，后缘呈开缝状；所述羽毛蒙皮(6)的外缘与所述薄膜蒙皮...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文青，宋笔锋，宣建林，付鹏，年鹏，梁少然，薛栋，唐伟，钟京洋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61