一种可变面积可转动的仿生水平尾翼制造技术

本发明专利技术一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，属于飞行器技术领域；包括平尾转动机构、平尾偏转控制机构和变面积机构；所述平尾转动机构一端固定于机身尾部中心位置，另一端与所述平尾偏转控制机构连接；两组所述变面积机构对称设置与所述平尾偏转控制机构两侧；所述平尾转动机构包括电机、电机座和第一转轴；所述平尾偏转控制机构包括第一舵机、第一连杆、第二转轴和尾翼支撑框架；所述第一舵机固定安装于所述第一转轴的输出端；所述变面积机构包括第二舵机、第二连杆、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；本发明专利技术具备航向操作能力，能够绕着对称轴整体转动，在转动一定角度后，增大了侧向的面积，意味着尾翼可以带来航向的力矩。

A bionic horizontal tail with variable area and rotation

【技术实现步骤摘要】
一种可变面积可转动的仿生水平尾翼
本专利技术属于飞行器
，具体涉及一种可变面积可转动的仿生水平尾翼。
技术介绍
仿生飞行器近些年来逐渐成为热点，扑翼飞行器可以做到外形极为逼真，并且可以拥有较好的控制效果，与此同时飞行效率更高的固定翼无人机也逐渐采用一系列的仿生技术，来提高飞行器的升阻比，改善控制效果，以此来满足达到更长的航时和适应更复杂飞行环境的要求。目前有很多应用在机翼上的仿生技术，比如仿生翅膀、固定翼的羽毛式的翼尖等，尾翼同样是很重要的升力面和操纵面，因此本专利技术目的是专利技术一种可以有效提高升力特性、阻力特性、操纵特性的尾翼。目前，被大众所熟知的飞行器尾翼一般包括水平尾翼和垂直尾翼，一些战斗机采用V型尾翼来同时控制飞行器的俯仰和偏航。上述控制方式不能改变尾翼的面积，仅通过控制舵面来改变尾翼所受的气动力，从而改变飞行器的俯仰和偏航。现有的面积不可变的飞行器，在起飞和降落等速度较低时，飞行器的操纵性较差，并在巡航时因为平尾浸润面积较大，阻力也会相对较大。大自然中鸟类的尾翼通过打开和收缩尾翼的羽毛来改变尾翼的面积，在起飞和降落中通过增大尾翼面积来提高操纵性，在空中飞行时，通过尾翼面积的改变来降低巡航的阻力，提高航程，比如信天翁，拥有可变面积的尾翼，在起飞和降落时打开，在巡航时收缩，这种独特的控制方法能够极大的提高鸟类的灵活度和改善巡航时的效率。对于手抛式起飞的飞行器，减小翼载是降低起飞速度并提高起飞和降落安全系数的重要措施，采用可变面积的尾翼在一定程度上减小了翼载，在使用时有较大优势。另外，自然界的鸟类只有一个水平尾翼，但是鸟类可以靠尾部肌肉进行多自由度的控制，现在仿生的飞行器尾翼也只是进行俯仰控制，比如西北工业大学的“信鸽无人机”等扑翼类无人机，扑翼类无人机可以通过翅膀两边的不同震动等进行航向和横向控制。另外还有仿生的固定翼无人机，比如近些年研究较为热门的仿生太阳能无人机，平尾也都是进行俯仰操作。本专利技术中无人机除了可以进行俯仰操作外，还可以在一定范围内转动平尾，产生一定的侧向面积，因此会产生一定的航向操作效果。因此要优于现在仿生飞行器的尾翼操纵。仿照鸟类的尾部的羽毛及控制策略，进行可变面积的尾翼设计会提高飞行器的操纵性和巡航性能。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，通采用伺服舵机来控制长边平行四边形的转角，通过平行四边形转动机构来改变各个羽毛间的重叠面积，从而达到控制面积变化的效果。整个尾翼可以绕飞行器的纵向对称轴转动，在转动后可以产生一定的航向操作效果。本专利技术的技术方案是：一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，其特征在于：包括平尾转动机构、平尾偏转控制机构和变面积机构；所述平尾转动机构一端固定于机身尾部中心位置，另一端与所述平尾偏转控制机构连接；两组所述变面积机构对称设置与所述平尾偏转控制机构两侧；所述平尾转动机构包括电机、电机座和第一转轴；所述电机通过电机座固定于机身尾部中心处，所述第一转轴同轴固定于电机的转子上；通过电机带动平尾偏转控制机构和变面积机构绕所述第一转轴转动；所述平尾偏转控制机构包括第一舵机、第一连杆、第二转轴和尾翼支撑框架；所述第一舵机固定安装于所述第一转轴的输出端；所述第二转轴垂直安装于所述第一转轴输出端的端头，并保证其轴向平行于机翼的展向；所述第一连杆一端与所述第一舵机的摆臂固定，另一端与通过舵角与所述第二转轴连接；所述尾翼支撑框架上端中心处与所述第二转轴固定，两组所述变面积机构对称安装于所述尾翼支撑框架的两侧；通过所述第一舵机控制第一连杆带动所述尾翼支撑框架和两组变面积机构绕所述第二转轴转动；所述变面积机构包括第二舵机、第二连杆、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；所述第二舵机固定于所述尾翼支撑框架上，其摆臂与所述第二连杆的一端铰接；所述固定板垂直固定于所述尾翼支撑框架外侧面，并垂直于所述仿生水平尾翼的对称面；所述第一长杆和第二长杆平行设置，其一端均与所述固定板靠近机身一端铰接；所述第二长杆与固定板铰接端的端头穿过所述尾翼支撑框架外侧面，与所述第二连杆的另一端铰接；所述第一长杆和第二长杆分别沿长度方向均布多个通孔；所述羽毛由四边形框架和蒙膜组成，所述蒙膜是覆盖于四边形框架的热缩蒙膜；所述四边形框架的两侧长边相互平行，其上端的短边平行于第二长杆，并在上端的短边中部固定有短杆，所述短杆平行于四边形框架的长边；通过短杆分别与所述第一长杆和第二长杆铰接，并保证羽毛上的短杆、第一长杆和第二长杆与固定板的铰接孔的连线、以及所述仿生水平尾翼的对称面三者之间相互平行；由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长杆、以及所述固定板的铰接孔的连线组成平行四边形结构；多个所述羽毛沿所述第一长杆和第二长杆的长度方向均布，铰接于所述第一长杆和第二长杆上的多个通孔处，并从所述仿生水平尾翼的对称面到尾翼的尖部方向按照等比例缩小；由所述第二舵机带动第二连杆控制所述平行四边形结构转动角度，进一步实现所述变面积机构的面积改变。本专利技术的进一步技术方案是：所述尾翼支撑框架包括第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋、第一加强板、第二加强板、第三加强板和前缘条；两个所述第二翼肋对称固定于所述第二转轴的两端，并垂直于第二转轴的轴向，其上部通过所述第一加强板固定；所述第一翼肋平行固定于两个所述第二翼肋的中间，其前缘与所述第一加强板固定，其后缘突出于两个所述第二翼肋的后缘的连线，由两个第二翼肋的后缘和第一翼肋的后缘组成一个三角形结构；两个所述第三翼肋对称固定于两个所述第二翼肋的外侧，其后缘均与所述第一翼肋的后缘固定，两个所述第二翼肋的后缘分别固定于两个第三翼肋靠近后缘的弦长处；两个所述前缘条的一端分别与两个第二翼肋前缘固定，另一端分别与两个第三翼肋的前缘固定；由两个前缘条和两个第三翼肋组成仿菱形结构；所述第一翼肋、第二翼肋和第三翼肋的中部通过所述第二加强板固定，尾部通过第三加强板固定。本专利技术的进一步技术方案是：所述第三加强板为三角形结构，贴合安装于由两个第二翼肋的后缘和第一翼肋的后缘组成一个三角形结构内。本专利技术的进一步技术方案是：所述第一转轴为碳杆。本专利技术的进一步技术方案是：所述变面积机构还包括整流罩，所述整流罩包括蒙皮和多个前缘支架；所述前缘支架为C型板状结构，在其C型的内圆弧中部开有卡槽；多个所述前缘支架沿所述第一长杆长度方向通过其上的卡槽垂直均布于第一长杆上，并从所述仿生水平尾翼的对称面到尾翼的尖部方向按照等比例缩小；所述蒙皮包覆于多个所述前缘支架的C型外圆弧上，用于调整小翼前缘的气流。本专利技术的进一步技术方案是：在初始状态，相邻所述羽毛的边缘相互重叠，重叠部分为羽毛短边长度的40％。本专利技术的进一步技术方案是：所述羽毛的四边形框架用碳纤维板，厚度为1mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述羽毛的数量为6个。有益效果本专利技术的有益效果在于：本专利技术对大自然中的鸟类飞行时尾翼运动进行研究，比如信天翁。做出仿生的羽毛、尾翼面积变化机构、尾翼转动机构。因此本专利技术一共有3个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，其特征在于：包括平尾转动机构、平尾偏转控制机构和变面积机构；所述平尾转动机构一端固定于机身尾部中心位置，另一端与所述平尾偏转控制机构连接；两组所述变面积机构对称设置与所述平尾偏转控制机构两侧；/n所述平尾转动机构包括电机、电机座和第一转轴；所述电机通过电机座固定于机身尾部中心处，所述第一转轴同轴固定于电机的转子上；通过电机带动平尾偏转控制机构和变面积机构绕所述第一转轴转动；/n所述平尾偏转控制机构包括第一舵机、第一连杆、第二转轴和尾翼支撑框架；所述第一舵机固定安装于所述第一转轴的输出端；所述第二转轴垂直安装于所述第一转轴输出端的端头，并保证其轴向平行于机翼的展向；所述第一连杆一端与所述第一舵机的摆臂固定，另一端与通过舵角与所述第二转轴连接；所述尾翼支撑框架上端中心处与所述第二转轴固定，两组所述变面积机构对称安装于所述尾翼支撑框架的两侧；通过所述第一舵机控制第一连杆带动所述尾翼支撑框架和两组变面积机构绕所述第二转轴转动；/n所述变面积机构包括第二舵机、第二连杆、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；所述第二舵机固定于所述尾翼支撑框架上，其摆臂与所述第二连杆的一端铰接；所述固定板垂直固定于所述尾翼支撑框架外侧面，并垂直于所述仿生水平尾翼的对称面；所述第一长杆和第二长杆平行设置，其一端均与所述固定板靠近机身一端铰接；所述第二长杆与固定板铰接端的端头穿过所述尾翼支撑框架外侧面，与所述第二连杆的另一端铰接；所述第一长杆和第二长杆分别沿长度方向均布多个通孔；/n所述羽毛由四边形框架和蒙膜组成，所述蒙膜是覆盖于四边形框架的热缩蒙膜；所述四边形框架的两侧长边相互平行，其上端的短边平行于第二长杆，并在上端的短边中部固定有短杆，所述短杆平行于四边形框架的长边；通过短杆分别与所述第一长杆和第二长杆铰接，并保证羽毛上的短杆、第一长杆和第二长杆与固定板的铰接孔的连线、以及所述仿生水平尾翼的对称面三者之间相互平行；由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长杆、以及所述固定板的铰接孔的连线组成平行四边形结构；多个所述羽毛沿所述第一长杆和第二长杆的长度方向均布，铰接于所述第一长杆和第二长杆上的多个通孔处，并从所述仿生水平尾翼的对称面到尾翼的尖部方向按照等比例缩小；由所述第二舵机带动第二连杆控制所述平行四边形结构转动角度，进一步实现所述变面积机构的面积改变。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，其特征在于：包括平尾转动机构、平尾偏转控制机构和变面积机构；所述平尾转动机构一端固定于机身尾部中心位置，另一端与所述平尾偏转控制机构连接；两组所述变面积机构对称设置与所述平尾偏转控制机构两侧；
所述平尾转动机构包括电机、电机座和第一转轴；所述电机通过电机座固定于机身尾部中心处，所述第一转轴同轴固定于电机的转子上；通过电机带动平尾偏转控制机构和变面积机构绕所述第一转轴转动；
所述平尾偏转控制机构包括第一舵机、第一连杆、第二转轴和尾翼支撑框架；所述第一舵机固定安装于所述第一转轴的输出端；所述第二转轴垂直安装于所述第一转轴输出端的端头，并保证其轴向平行于机翼的展向；所述第一连杆一端与所述第一舵机的摆臂固定，另一端与通过舵角与所述第二转轴连接；所述尾翼支撑框架上端中心处与所述第二转轴固定，两组所述变面积机构对称安装于所述尾翼支撑框架的两侧；通过所述第一舵机控制第一连杆带动所述尾翼支撑框架和两组变面积机构绕所述第二转轴转动；
所述变面积机构包括第二舵机、第二连杆、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；所述第二舵机固定于所述尾翼支撑框架上，其摆臂与所述第二连杆的一端铰接；所述固定板垂直固定于所述尾翼支撑框架外侧面，并垂直于所述仿生水平尾翼的对称面；所述第一长杆和第二长杆平行设置，其一端均与所述固定板靠近机身一端铰接；所述第二长杆与固定板铰接端的端头穿过所述尾翼支撑框架外侧面，与所述第二连杆的另一端铰接；所述第一长杆和第二长杆分别沿长度方向均布多个通孔；
所述羽毛由四边形框架和蒙膜组成，所述蒙膜是覆盖于四边形框架的热缩蒙膜；所述四边形框架的两侧长边相互平行，其上端的短边平行于第二长杆，并在上端的短边中部固定有短杆，所述短杆平行于四边形框架的长边；通过短杆分别与所述第一长杆和第二长杆铰接，并保证羽毛上的短杆、第一长杆和第二长杆与固定板的铰接孔的连线、以及所述仿生水平尾翼的对称面三者之间相互平行；由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长杆、以及所述固定板的铰接孔的连线组成平行四边形结构；多个所述羽毛沿所述第一长杆和第二长杆的长度方向均布，铰接于所述第一长杆和第二长杆上的多个通孔处，并从所述仿生水平尾翼的对称面到尾翼的尖部方向按照等比例缩小；由所述第二舵机带动第二连杆控制所述平行四边形结构转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洲，郑黎明，王正平，王睿，张志林，邸伟承，白帆，张成成，孙蓬勃，王家琛，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61