一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器制造技术

本发明专利技术提供一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，包括：机身、机身两侧对称布置的两个可展向主动折叠的双段式机翼和连接在机身后方的尾翼，所述机身包括机架和与所述可展向主动折叠的双段式机翼传动连接的传动机构；所述传动机构包括：减速齿轮组和驱动连接的两套双摇动机构，所述两套双摇动机构在机身中轴线的左右两侧对称布置，减速齿轮组带动两套双摇动机构分别为双段式机翼的扑动传递动力。本发明专利技术兼顾灵活机动性和气动性，提升双段式机翼飞行器整体性能。

A dual stage flapping wing aircraft with unfolding active folding wings

【技术实现步骤摘要】
一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器
本专利技术涉及飞行器领域，尤其涉及一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器。
技术介绍
20世纪90年代以来无人机飞行器(UAV,UnmannedAerialVehicle)蓬勃发展，无人机一方面在战区上空长时间、大范围持续侦察表现出优越性能，另一方面在城市作战和单兵近距离侦察等方面发挥独特的作用，无人机成为军事作战的重要辅助。在民用领域，无人机的应用也很广泛，目前微型飞行器已经应用于交通监测，为缓解交通提供了重要支持；应用于救援以及搜救，在一些危险的场合，人无法到达现场，这时微型飞行器可以发挥巨大的作用；应用于运输，在当今的电子商务时代，快递行业快速发展，目前顺丰速递以及亚马逊都在考虑利用微型飞行器来运送小型包裹。飞行器从飞行原理上大致分为“固定翼型”、“旋翼型”和“扑翼型”。扑翼飞行器是模仿自然界中飞行生物的飞行，通过翅膀的扑动产生升力的一类飞行器，扑翼飞行器的能量利用率高，体积可以很小，却可以集各种飞行性能于一体，其特有的仿生性以及飞行灵活性，使其在避开物体飞行方面有很大的优势，在低雷诺数情况下，与固定翼飞行器的定常升力相比，扑翼产生的非定常升力要大得多，其在推进效率方面也比旋翼飞行器要高。因此研制出像鸟或昆虫一样机动且灵活的飞行器已经成为无人机发展的一个重要方向。目前，所设计的仿生扑翼飞行器大多采用单段翅膀的扑翼结构，荷兰代尔夫特理工大学于2008年研发了DelFly。DelFly仅仅拥有3g的体重和10cm的翼展，使其成为当时世界上最小的微型飞行机器人，DelFly在无风的实验室内能够成功的飞行，但是由于其过小的体重和相对较大的迎风面积，使得在室外的飞行效果很不理想，另外过小的身材也限制了它所能携带的有效载荷，特别是无法承载较大容量的电池和各种有用的传感器，也就使得它的应价值大打折扣。美国加州的航空环境公司于2011年展示了其名为NanoHummingbird的仿蜂鸟扑翼飞行器，NanoHummingbird翼展165mm，重19g，前飞速度达到6.7m/s，能够在空中盘旋几分钟，并且已经可以搭载摄像头进行实时画面的传输，NanoHummingbird的成功研制证明了可以通过翅膀的扑动实现扑翼飞行器在空中盘旋，其在军事侦察方面有重要的应用前景。而双段翼构型设计的仿生扑翼飞行器主要是针对大型飞鸟的仿生，比如海鸥、大雁等等，大型鸟类的翅膀相对较长，在扑动过程中翅膀有一个折叠的动作，从而增加扑动效率。相比于单段翼构型，双段翼构型的扑翼能有更好的气动布局以及扑动性能，与自然界的鸟类扑动特性更为接近，飞行稳定性以及飞行效率都会有更好的提升，这是单段翼构型难以达到的。德国Festo公司的研究人员通过观察银鸥的飞行特点，并提取其主要的运动特性，采用对称扑动的四杆机构叠加一个二级杆组来模仿银鸥的扑动动作，于2011年，成功研制出能够稳定飞行的双段翼飞鸟机器人机器海鸥Smartbird。比起以往的扑翼飞行器，Smartbird的飞行方式更接近与大型鸟类，由于Smartbird采用双段翼构型，使得它具有更好的低速飞行稳定性和更好的滑翔性能，同时也提高了飞行时的能量利用率，有助于提高续航时间。但它的机翼不具备横向折叠的功能，在转向及避障方面的可控性不强，仿生性能方面有待进一步提高。中国专利CN103482064A采用双段式扑翼，比单段式扑翼飞行器在外形和飞行机理上更加接近大型鸟类飞行，结构简单，效率高，重量轻，承载能力强，但机翼未实现横向折叠，使得它在转向和避障方面的性能不高，便携性较差。中国专利CN101549755A提供一种扑翼飞行器的平直型可折叠机翼，实现飞行动物的依靠翅翼转向的仿生学特征，该机翼可以依靠驱动机构实现横向折叠，通过分别改变机身一侧的机翼面积，依靠两侧面积差实现扑翼飞行器的转弯飞行，但该仿生扑翼飞行器机翼为单段式直扑结构，与双段式扑翼结构相比，仿生程度低，气动性能有待进一步提高。中国专利CN108945431A的机翼如真实鸟类在延展向平面内折叠，可以准确地模拟飞行脊椎动物的折叠动作。与双段式扑翼结构相比，仿生性能，气动效率有待进一步提高。中国专利CN101492094A公开了一种能够单向弯曲的扑翼，其展向梁断开为两段，在断开处上下表面分别固定可伸缩的弹性材料和可单向变形的连接片，实现下扑时扑翼完全展开，上扑时扑翼部分折叠的效果。其不足之处是，折叠效果完全由弹性材料在气动力的作用下被动产生，当扑翼扑动频率较高时，折叠效果会受到相当程度的削弱，折叠效果受扑动频率限制，对扑动频率变化的响应不可控；弹性材料的老化和寿命直接影响扑翼整体的性能和寿命。现有扑翼飞行器存在以下不足：1)现有的扑翼飞行器多为单段直扑式扑翼，无法高度模仿鸟类飞行，仿生性不强，气动效率低，灵活机动性差。2)现有的采用两段式机翼的扑翼飞行器能在扑动过程中翅膀有一个折叠的动作，上下方向进行一定角度的弯折，这可以提高飞行器气动效率和飞行稳定性，但是不能在机翼延展方向上进行折叠，所以灵活机动性和转弯避障方面的可控性不强，便携性不好。3)现有的机翼可在延展方向上折叠的扑翼飞行器多为单段式结构，灵活机动性较好，但在气动性，仿生性能方面较双段式机翼仍有进一步提升的空间。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，以改善现有技术中不能兼顾灵活机动性和气动性的问题。根据本专利技术的第一方面，一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，包括：机身、机身两侧对称布置的两个可展向主动折叠的双段式机翼和连接在机身后方的尾翼，所述机身包括机架和与所述可展向主动折叠的双段式机翼传动连接的传动机构；所述传动机构包括：减速齿轮组和驱动连接的两套双摇动机构，所述两套双摇动机构在机身中轴线的左右两侧对称布置，减速齿轮组带动两套双摇动机构分别为双段式机翼的扑动传递动力。优选地，所述机架包括：前架、中架、后架、主轴和左右对称布置的扑动轴，所述前架、中架、后架上开有轴或齿轮的安装孔，所述主轴和左右对称布置的扑动轴通过安装孔将所述前架、中架、后架依次固定连接。优选地，所述双摇动机构包括：第一曲柄、第二曲柄、第一扑动连杆、第二扑动连杆、第一扑动摇杆、第二扑动摇杆、第一花键套筒、第二花键套筒、第一接头、轴向锥齿轮和径向锥齿轮，所述第一曲柄、第二曲柄与第二扑动齿轮固定连接，所述第一扑动连杆与第一曲柄通过转动副连接，所述第二扑动连杆与第二曲柄通过转动副连接，所述第一扑动摇杆与第一扑动连杆通过转动副连接，所述第二扑动摇杆与第二扑动连杆通过转动副连接，所述第一扑动摇杆与第一花键套筒固定连接，所述第二扑动摇杆与第二花键套筒固定连接，所述第一花键套筒、第二花键套筒安装在扑动轴上，并可绕扑动轴转动；所述第一花键套筒与第一接头固定安装，可以绕扑动轴转动；所述轴向锥齿轮与第二花键套筒固定连接，可绕扑动轴转动，并与径向锥齿轮啮合，所述径向锥齿轮安装在第一接头的下部。优选地，所述可展向主动折叠的双段式机翼包括：第二接头、第一主梁、第一后梁、第二主梁、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，包括：机身、机身两侧对称布置的两个可展向主动折叠的双段式机翼和连接在机身后方的尾翼(34)，所述机身包括机架和与所述可展向主动折叠的双段式机翼传动连接的传动机构；/n所述传动机构包括：减速齿轮组和驱动连接的两套双摇动机构，所述两套双摇动机构在机身中轴线的左右两侧对称布置，减速齿轮组带动两套双摇动机构分别为双段式机翼的扑动传递动力。/n

【技术特征摘要】
1.一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，包括：机身、机身两侧对称布置的两个可展向主动折叠的双段式机翼和连接在机身后方的尾翼(34)，所述机身包括机架和与所述可展向主动折叠的双段式机翼传动连接的传动机构；
所述传动机构包括：减速齿轮组和驱动连接的两套双摇动机构，所述两套双摇动机构在机身中轴线的左右两侧对称布置，减速齿轮组带动两套双摇动机构分别为双段式机翼的扑动传递动力。


2.如权利要求1所述一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，其特征在于：所述机架包括：前架(1)、中架(2)、后架(3)、主轴(4)和左右对称布置的扑动轴(5)，所述前架(1)、中架(2)、后架(3)上开有轴或齿轮的安装孔，所述主轴(4)和左右对称布置的扑动轴(5)通过安装孔将所述前架(1)、中架(2)、后架(3)依次固定连接。


3.如权利要求2所述一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，其特征在于：所述双摇动机构包括：第一曲柄(10)、第二曲柄(11)、第一扑动连杆(12)、第二扑动连杆(13)、第一扑动摇杆(14)、第二扑动摇杆(15)、第一花键套筒(16)、第二花键套筒(17)、第一接头(18)、轴向锥齿轮(19)和径向锥齿轮(20)，所述第一曲柄(10)、第二曲柄(11)与第二扑动齿轮固定连接，所述第一扑动连杆(12)与第一曲柄(10)通过转动副连接，所述第二扑动连杆(13)与第二曲柄(11)通过转动副连接，所述第一扑动摇杆(14)与第一扑动连杆(12)通过转动副连接，所述第二扑动摇杆(15)与第二扑动连杆(13)通过转动副连接，所述第一扑动摇杆(14)与第一花键套筒(16)固定连接，所述第二扑动摇杆(15)与第二花键套筒(17)固定连接，所述第一花键套筒(16)、第二花键套筒(17)安装在扑动轴(5)上，并可绕扑动轴(5)转动；所述第一花键套筒(16)与第一接头(18)固定安装，可以绕扑动轴(5)转动；所述轴向锥齿轮(19)与第二花键套筒(17)固定连接，可绕扑动轴(5)转动，并与径向锥齿轮(20)啮合，所述径向锥齿轮(20)安装在第一接头(18)的下部。


4.如权利要求3所述一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器，其特征在于：所述可展向主动折叠的双段式机翼包括：第二接头(21)、第一主梁(22)、第一后梁(23)、第二主梁(24)、第三主梁(25)、第二后梁(26)、外段翼(27)和外段翼扑动控制器；
所述第一主梁(22)插入第一接头(18)的槽口中，并与第一接头(18)通过转动副连接，所述第二接头(21)套在扑动轴(5)上，并可以绕扑动轴(5)转动；所述第一后梁(23)插入第二接头(21)的槽口中，并与第二接头(21)通过转动副连接，所述第二主梁(24)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：付国强，张家亮，武斌，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11