一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，涉及微型飞行器领域。所述飞行器包括机翼、传动机构、动力装置及底座；底座上固定动力装置和传动机构，传动机构的两端分别各固定一个机翼；工作时，动力装置中的微型电机提供动力带动传动机构的内杆上下升降，导致两个机翼连杆同时向相反方向运动，带动对称布置的一对机翼交替向下和向上运动，实现差动拍动。本发明专利技术在保证机翼相同频率拍动的过程中平均升力不变，机翼瞬态升力波动明显减小，升力在整个拍动周期内更为均匀，有效降低了对电机输出功率的要求，显著提高能量利用效率。

Micro flapping rotor wing flapping wings of a differential

The invention discloses a micro flapping rotor wing flapping wings differential, relates to the field of micro air vehicle. The aircraft wing, including a drive mechanism and a power device and a base; the base fixed power device and a transmission mechanism, both ends of the transmission mechanism are respectively fixed with a wing; when working, the micro motor in the power device to provide power to the inner rod drive mechanism on the rise and fall, resulting in two while the opposite wing connecting rod the direction of movement, driven by a symmetrical arrangement of the wing alternating downward and upward movement, to achieve differential flapping. The invention ensures the average lift process of wing flapping in the same frequency invariant, the wing lift transient fluctuation, lift in the whole flapping cycle more evenly, effectively reduce the requirements of the motor output power, significantly improve the efficiency of energy utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器
本专利技术涉及微型飞行器领域，具体来说是一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器。
技术介绍
自上世纪九十年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断提高，人们对动物飞行和游动机理的探索越来越深入，微电子技术的飞速发展，导致微型飞行器设计领域发展越来越迅速，在国家安全和国民经济建设等方面具有广泛的应用前景，被应用于复杂环境条件下的侦察、通讯、勘探和协助救援等任务。公开号为CN101492093的专利申请：“扑旋翼设计方法及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器”中公开了一种微小型扑旋翼飞行器，升力靠一对上下拍动并可旋转的机翼提供。微型飞行器质量轻，尺寸小，因此机载动力装置的质量、尺寸也同样受到极大约束，所能携带的能量也相对有限。如何在给定动力装置下，将尽可能多的能量传输至机翼，以有效产生飞行需要的气动力或者气动力矩，对显著提高微型扑旋翼的气动特性以及微型扑旋翼的负载性能有着积极的作用。目前公开的扑旋翼设计都普遍采用双翼布局，且一对扑旋翼沿竖直旋转轴呈轴对称分布。当扑旋翼拍动过程时，双翼同向拍动，即：一个翼向上拍动，另一个翼也同样向上运动；反之，一翼向下拍动，另一翼也向下拍动。扑旋翼的特点决定了其气动力产生和能量消耗主要发生在下拍过程中。同向拍动的双翼在下拍时产生较大的翼升力的同时也需要极大的瞬态功率输入；相反，上拍过程中尽管升力产生较小但瞬态能量需求也极少。总的看，同向拍动的上下拍过程中升力产生和瞬态能量消耗差别极大，这一方面导致基于双翼同向拍动的微型扑旋翼飞行器整个拍动周期内升力会产生较大的波动，增加了飞行器控制系统设计的难度；另一方面又使得一个运动内功率消耗分布极为不均，飞行器整体能量利用率较低。
技术实现思路
本专利技术针对现有微型扑旋翼飞行器采用双翼同向拍动，造成的下拍时机翼升力及瞬态能耗极大，而上拍升力及瞬态能量耗能极少，上下拍过程升力贡献及瞬态能量消耗差别极大，系统升力波动较大、整体能量利用率较低的问题，提出了一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器。所述的微型扑旋翼飞行器包括机翼、传动机构、动力装置及底座。底座上固定动力装置和传动机构，传动机构的两端分别各固定一个机翼；所述传动机构包括齿轮减速组、套筒、内杆、传动连杆、两个机翼连杆、套筒轴承、内杆轴承、套筒轴承环以及内杆轴承环；所述两个机翼攻角可控；机翼a的外伸端铰接在套筒轴承环上；中间铰接机翼连杆a的根部，机翼连杆a的另一端根部铰接内杆轴承环；机翼b的外伸端铰接在内杆轴承环上，同时中间铰接机翼连杆b的根部，机翼连杆b的另一端根部铰接套筒轴承环；内杆轴承环外套在内杆轴承上，内杆轴承安装在内杆顶部；内杆置于在套筒内；套筒垂直固定在底座上；内杆与套筒交接的部位设有套筒轴承，外套套筒轴承环。套筒侧壁上开有一段沟槽，传动连杆的一端穿过沟槽与内杆相连，另一端连接齿轮减速组的输出端；齿轮减速组固定在底座上，输入端接动力装置；动力装置固定在底座上，包括微型电机、微型电源和电源输出控制器；微型电机固定在齿轮减速组上，并将输出轴与齿轮减速组的输入端相连。飞行器工作时，微型电机的转动带动齿轮减速组运动，从而传动连杆在套筒沟槽内上下滑动，进而带动内杆上下升降。两个机翼连杆同时向相反方向运动，带动对称布置的一对机翼其中一个向下拍动，而另一个机翼向上拍动。随着内杆上下升降，两个机翼连杆交替向下和向上运动，驱动一对机翼交替下拍和上拍，实现差动拍动；拍动相差约180度，下拍过程产生升力，能量消耗较大；而上拍过程升力产生和能耗消耗较小。两个机翼交替上下拍在保证机翼相同频率拍动的过程中平均升力不变时，机翼瞬态升力波动明显减小，升力在整个拍动周期内更为均匀，能耗变化也较为平缓。本专利技术的优点在于：1、一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，通过双翼差动拍动，保证一个机翼在上拍过程时另一个机翼处于下拍运动，相比原有飞行器双翼同步拍动的方案可使得每个运动瞬时飞行器总的气动升力波动较小，有利于飞行器保持稳定，减小了控制方案设计的难度。2、一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，通过双翼差动拍动，使得拍动过程中电机输出功率主要用于克服下拍翼的功率消耗，有效降低了对电机输出功率的要求，显著提高能量利用效率。3、原有飞行器双翼同步拍动的方案，电机在机翼同时下拍时要克服两个下拍机翼的能耗，这对电机的最大输出功率要求更高。而本专利技术一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器中电机最大输出功率只需稍大于单机翼下拍时的最大功率即可，有效降低了一个拍动过程中机翼最大功率消耗，从而显著提高飞行器能量利用效率。附图说明图1是本专利技术一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器的示意图；图2是本专利技术一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器的机翼结构。图中：1-机翼2-传动机构3-动力装置4-底座101-主梁102-短梁103-斜梁104-翼膜105-变形片106-限位梁201-齿轮减速组202-套筒203-内杆204-传动连杆205-机翼连杆206-套筒轴承207-内杆轴承208-套筒轴承环209-内杆轴承环301-微型电机302-微型电源303-微型电机控制器具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，左右两机翼差动拍动，拍动相差约180度，即当一个机翼向下拍动时另一个机翼处于向上拍动。在保证机翼相同频率拍动过程中平均升力不变时，升力在整个拍动周期内更为均匀，且电机最大输出功率只需稍大于单机翼下拍时的最大功率即可，有效降低了一个拍动过程中机翼最大功率消耗和瞬态升力波动，从而显著提高飞行器能量利用效率。所述的微型扑旋翼飞行器，如图1所示，包括攻角可控的一对机翼1，传动机构2，动力装置3以及底座4。所述机翼1如图2所示，包括机翼1a和机翼1b，均由梁、变形片105以及翼膜104结构组成。所述梁共四根，为主梁101、短梁102、斜梁103以及限位梁106，均采用碳纤维杆制作，主梁101与短梁102、斜梁103共面，短梁102与主梁101垂直，斜梁103在主梁101与短梁102之间，与主梁101夹角在30°至60°之间。短梁102和斜梁103根部固连，短梁102和斜梁103根部距离主梁101根部垂直距离约10％展长，机翼主梁101一端外伸与扑旋翼飞行器的传动机构固连，限位梁106一端固定在距离主梁101根部距离约20％展长的位置，斜搭在斜梁103和短梁102上面，限制机翼下拍时斜梁103、短梁102以及翼膜104的变形。所述翼膜104采用聚乙烯薄膜制作。裁剪一长方形橡胶片作为变形片105，所述变形片105连接主梁101、短梁102和斜梁103，受力时可拉伸。变形片105一端粘结在主梁101根部上，另一端与短梁102和斜梁103的交接根部粘连。通过改变变形片105厚度或者调节短梁102根部和主梁101的垂直距离来控制机翼上拍时的翼型攻角。所述机翼1初始安装时，按照翼梁结构在上、膜在下的方式安装，并保证拍动机构水平时机翼1初始几何攻角取在-10度～0度之间；在定义攻角时，扑旋翼翼面在水平面以上定义为负攻角，反之为正攻角。当机翼1拍动时，短梁102、斜梁103及翼膜104受到气动力和翼惯性力作用，使得变形片105变形，短梁102和斜梁103带动翼膜绕主梁101转动，从而控制机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，其特征在于，包括机翼、传动机构、动力装置及底座；底座上固定动力装置和传动机构，传动机构的两端分别各固定一个机翼；所述传动机构包括齿轮减速组、套筒、内杆、传动连杆、两个机翼连杆、套筒轴承、内杆轴承、套筒轴承环以及内杆轴承环；所述两个机翼分别为机翼a和机翼b，攻角均可控；机翼a的外伸端铰接在套筒轴承环上，中间铰接机翼连杆a的根部，机翼连杆a的另一端根部铰接内杆轴承环；机翼b的外伸端铰接在内杆轴承环上，同时中间铰接机翼连杆b的根部，机翼连杆b的另一端根部铰接套筒轴承环；内杆轴承环外套在内杆轴承上，内杆轴承安装在内杆顶部；内杆置于在套筒内；套筒垂直固定在底座上；内杆与套筒交接的部位设有套筒轴承，外套套筒轴承环；套筒侧壁上开有一段沟槽，传动连杆的一端穿过沟槽与内杆相连，另一端连接齿轮减速组的输出端；齿轮减速组固定在底座上，输入端接动力装置；所述动力装置包括微型电机、微型电源和电源输出控制器；微型电机固定在齿轮减速组上，并将输出轴与齿轮减速组的输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，其特征在于，包括机翼、传动机构、动力装置及底座；底座上固定动力装置和传动机构，传动机构的两端分别各固定一个机翼；所述传动机构包括齿轮减速组、套筒、内杆、传动连杆、两个机翼连杆、套筒轴承、内杆轴承、套筒轴承环以及内杆轴承环；所述两个机翼分别为机翼a和机翼b，攻角均可控；机翼a的外伸端铰接在套筒轴承环上，中间铰接机翼连杆a的根部，机翼连杆a的另一端根部铰接内杆轴承环；机翼b的外伸端铰接在内杆轴承环上，同时中间铰接机翼连杆b的根部，机翼连杆b的另一端根部铰接套筒轴承环；内杆轴承环外套在内杆轴承上，内杆轴承安装在内杆顶部；内杆置于在套筒内；套筒垂直固定在底座上；内杆与套筒交接的部位设有套筒轴承，外套套筒轴承环；套筒侧壁上开有一段沟槽，传动连杆的一端穿过沟槽与内杆相连，另一端连接齿轮减速组的输出端；齿轮减速组固定在底座上，输入端接动力装置；所述动力装置包括微型电机、微型电源和电源输出控制器；微型电机固定在齿轮减速组上，并将输出轴与齿轮减速组的输入端相连。2.如权利要求1所述的一种双翼差动拍动的微型扑旋翼飞行器，其特征在于，所述的机翼由梁、变形片以及翼膜结构组成。3.如权利要求2所述的一种双翼...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴江浩，周超，张艳来，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11