一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，它解决了现有技术不适用于大型飞鸟的仿生研究、大多依赖于专用起降跑道的问题，具有能够实现扑翼起飞、固定翼巡航，能够在巡航阶段灵活地改变固定翼的角度的效果；其技术方案为：包括驱动装置和控制系统，驱动装置通过传动机构连接大齿轮，大齿轮两侧分别设有一个与之同心的滑槽，滑槽两侧通过三角式固定轴连接控制系统；大齿轮的中心两侧分别通过曲柄摇杆机构连接机翼主翼梁，机翼主翼梁与机身主梁转动连接；机翼主翼梁的扑打幅度由安装于机身主梁侧面的角度传感器检测，角度传感器将检测信号传至控制系统，控制系统控制三角式固定轴与滑槽内某一配合孔匹配，实现扑固翼转换。

A System for Accurate Multi-angle Conversion of Flapping-Fixed Wing Structures

The utility model discloses a system for realizing multi-angle accurate conversion of flapping-and-fixing wing structure, which solves the problem that the existing technology is not suitable for bionic research of large flying birds and mostly relies on special takeoff and landing runways, and has the effect of realizing flapping-wing takeoff and fixed-wing cruise, and flexibly changing the angle of fixed-wing during cruising phase; the technical scheme includes driving and installation. The driving device connects the big gear through the transmission mechanism, and the two sides of the big gear are equipped with a concentric sliding groove, and the two sides of the sliding groove are connected with the control system through a triangular fixed shaft; the central sides of the big gear are connected with the main wing beam through crank and rocker mechanism respectively, and the main wing beam of the wing is rotated and connected with the main body beam; the flapping amplitude of the main wing beam of the wing is installed on the main wing beam. The angle sensor on the side of the main girder of the fuselage detects the angle sensor. The angle sensor transmits the detection signal to the control system. The control system controls the matching of the triangular fixed axis with a matching hole in the chute to realize the flapping-fixing wing conversion.

【技术实现步骤摘要】
一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统
本技术涉及仿生扑翼飞行器领域，尤其涉及一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统。
技术介绍
扑翼飞行器是一种模仿飞鸟或昆虫飞行原理设计制造的新概念飞行器。与固定翼飞机不同，固定翼飞机是依靠机翼产生升力，依靠发动机的推力或牵引产生前行力，而扑翼飞行器的升力和推力都是由一个扑翼系统产生。扑翼飞行具有特殊的气动特性，更易于向微型化发展。仿生学研究表明，当尺寸小到一定程度之后，扑翼飞行具有无法替代的特性。此外扑翼飞行器还具有尺寸小、重量轻和隐蔽性好的特点，基于此重要的战略意义，广泛受到军事领域的重视，在近几十年来得到迅速的发展。飞鸟和昆虫的翅膀在整个飞行过程中都有个共同的运动特点——扑打，扑打是绕与其飞行方向相同的拍打轴的角度运动。在不同的飞行状态下，扑打角是变化的。飞鸟和昆虫通过改变扑打角的角度实现最佳的气动性能。滑翔得以持续的条件是：体重/速度＝移动距离/失高，因而升力与阻力的比值越高、滑翔时扑打角的角度愈小时，下沉的速度也愈慢，从而获得较远的水平滑翔距离。由此可见滑翔时扑打角角度直接影响滑翔的距离，然而并不总是滑翔距离越大越好，需要根据实际情况通过扑打角角度的变化，以调整滑翔距离。如仿信天翁变体机翼在由滑翔转为着陆时气动优化外形角度约为-5°，在由滑翔转为突防俯冲时气动优化外形角度约为30°，而在巡航时气动优化外形的角度约为-15°。当前国内外针对大型飞鸟全飞行模式机制转换进行机构仿生的研究偏少，仅有的混合运动式仿生飞行器结构多为扑旋翼模式，即扑翼和旋翼相配合，该类飞行器仿生对象为飞虫和小型飞鸟，不适合用于对大型飞鸟的仿生研究。因此，需设计一种扑固翼运动模式的飞行器以解决上述问题。而在扑固翼飞行器构思中一个关键问题就是，如何实现扑翼飞行模式和固定翼飞行模式间的平稳、准确转换。该转换不仅仅是扑翼和固定翼间的单一转换，还需在固定翼飞行模式下，动态调整机翼的角度，以实现飞行器在不同情况下均达到最佳气动性能。因此亟需设计一种实现扑固翼结构多角度准确转换的机电系统。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提供了一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，其具有能够实现扑翼起飞、固定翼巡航，效率高，巡航速度快，能够在巡航阶段灵活地改变固定翼的角度的效果。本技术采用下述技术方案：一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，包括驱动装置和控制系统，驱动装置通过传动机构连接一个大齿轮，大齿轮两侧分别设有一个与之同心的滑槽，滑槽两侧通过三角式固定轴连接控制系统；大齿轮的中心两侧分别通过曲柄摇杆机构连接机翼主翼梁，机翼主翼梁与机身主梁转动连接，大齿轮的旋转带动机翼主翼梁实现扑打操作；机翼主翼梁的扑打幅度由安装于机身主梁侧面的角度传感器检测，角度传感器将检测信号传至控制系统，控制系统控制三角式固定轴与滑槽内某一配合孔匹配，实现扑固翼转换；进一步的，所述滑槽内间隔设定距离设置多个配合孔，三角式固定轴与不同配合孔连接时的扑打角不同。进一步的，所述大齿轮中心固定有中心轴，中心轴两端分别连接曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构包括曲柄和传动摇杆，曲柄一端与中心轴相连，曲柄另一端与传动摇杆一端铰接；所述传动摇杆另一端分设为两段，且其与套设在机翼主梁架外侧的转动轴承铰接；进一步的，所述三角式固定轴包括两组，每一组三角式固定轴包括第一连杆和第二连杆；第一连杆与第二连杆的末端通过与滑槽相适配的连接轴相连；进一步的，第一连杆和第二连杆首端分别与控制系统转动连接，并通过步进电机驱动以改变固定角大小；进一步的，所述机身主架两侧分别安装有转动基座，所述机翼主翼梁通过旋转轴与转动基座相连，转动基座侧面固定角度传感器；进一步的，所述驱动装置为驱动电机，驱动电机连接有与所述大齿轮相啮合的小齿轮；进一步的，所述控制系统包括箱体，箱体内部设置控制器，箱体底部通过转轴与三角式固定轴相连。实现扑固翼结构多角度精确转换的系统的操作方法，包括以下步骤：步骤(1)起飞阶段，运动模式为扑翼模式，驱动电机驱动大齿轮旋转，大齿轮通过曲柄带动传动摇杆摆动，传动摇杆通过转动轴承带动机翼主翼梁绕转动基座上下扑打；此时三角式固定轴悬空，不与大齿轮侧面滑槽接触。步骤(2)巡航阶段，控制系统判断扑打频率是否满足设定阈值，并根据当前扑打角度信息计算扑打频率，以得到轴孔配合时间；通过控制初始角变化至固定角，使轴孔开始配合，且控制系统判断轴孔是否成功配合；轴孔成功配合后，转化成固定翼状态。步骤(3)降落阶段，通过控制固定角变化至初始角，使三角式固定轴与配合孔脱离；当轴孔完全脱离时启动驱动电机，转化成扑翼状态。进一步的，当扑打频率大于设定阈值时，控制系统控制驱动电机减速至扑打频率小于设定阈值。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)本技术以平稳、准确地实现飞行器机翼在不同扑打速度下扑翼飞行与多角度固定翼飞行模式间的自由切换，同时能够在有效降低扑翼速度过高状态下，扑翼飞行转换为固定翼飞行对飞行器机械部件的损伤。(2)本技术设置机翼幅度测算模块，角度传感器检测的信号由机翼幅度测算模块计算与分析，提高了扑固翼转换的准确性；具有准确性高、适应性强的效果。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本技术的轴测图；图2为本技术机翼角为30°时固定翼模式下的轴测图；图3为本技术机翼角为-5°时固定翼模式下的轴测图；图4为本技术的机翼角为-15°时固定翼模式下的轴测图；图5为本技术控制系统与三角式固定轴连接轴测图；图6为本技术控制系统与三角式固定轴连接主视图；图7为图6的局部放大图；图8为本技术的大齿轮结构示意图；图9为本技术的角度传感器安装示意图；图10为本技术三角式固定轴与控制系统呈初始角时的连接图；图11为本技术三角式固定轴与控制系统呈固定角时的连接图；图12为本技术控制系统流程图。其中，1-机身主架；2-大齿轮；3-驱动电机；4A、4B-曲柄；5A、5B-传动摇杆；6A、6B-机翼主翼梁；7A、7B-转动轴承；8A、8B-转动基座；9-箱体；10-三角式固定轴；11A、11B、11C-配合孔；12-角度传感器；13-步进电机；14-第一连杆；15-第二连杆；16-连接轴；17-转轴；18-滑槽。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在不适用于大型飞鸟的仿生研究、大多依赖于专用起降跑道的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统。本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图11所示，提供了一种实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，其特征在于，包括驱动装置和控制系统，驱动装置通过传动机构连接一个大齿轮，大齿轮两侧分别设有一个与之同心的滑槽，滑槽两侧通过三角式固定轴连接控制系统；大齿轮的中心两侧分别通过曲柄摇杆机构连接机翼主翼梁，机翼主翼梁与机身主梁转动连接，大齿轮的旋转带动机翼主翼梁实现扑打操作；机翼主翼梁的扑打幅度由安装于机身主梁侧面的角度传感器检测，角度传感器将检测信号传至控制系统，控制系统控制三角式固定轴与滑槽内某一配合孔匹配，实现扑固翼转换。

【技术特征摘要】
1.一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，其特征在于，包括驱动装置和控制系统，驱动装置通过传动机构连接一个大齿轮，大齿轮两侧分别设有一个与之同心的滑槽，滑槽两侧通过三角式固定轴连接控制系统；大齿轮的中心两侧分别通过曲柄摇杆机构连接机翼主翼梁，机翼主翼梁与机身主梁转动连接，大齿轮的旋转带动机翼主翼梁实现扑打操作；机翼主翼梁的扑打幅度由安装于机身主梁侧面的角度传感器检测，角度传感器将检测信号传至控制系统，控制系统控制三角式固定轴与滑槽内某一配合孔匹配，实现扑固翼转换。2.根据权利要求1所述的一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，其特征在于，所述滑槽内间隔设定距离设置多个配合孔，三角式固定轴与不同配合孔连接时的扑打角不同。3.根据权利要求1所述的一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，其特征在于，所述大齿轮中心固定有中心轴，中心轴两端分别连接曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构包括曲柄和传动摇杆，曲柄一端与中心轴相连，曲柄另一端与传动摇杆一端铰接；所述传动摇杆另一端分设为...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬冰，孔留兵，朱乔粼，郭士钧，宋锐，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37