可悬停八翼扑翼飞行器及其飞行控制方法技术

本发明专利技术提供了一种可悬停八翼扑翼飞行器及其飞行控制方法，飞行器包括机身、扑动机构、对翅扑翼、飞控系统、固定支架、控制舵机和起落架，机身两侧通过扑动机构连接有对翅扑翼，机身中部通过固定支架固定有飞控系统和控制舵机，机身下方连接有起落架；所述的扑动机构带动机翼往复扑动产生升力，飞控系统实时测量扑翼飞行器的姿态并将反馈信号传递至控制舵机，两颗控制舵机的摇臂通过鱼线连接扑动机构上的转动摇臂，使机身两侧的扑动机构能产生同向偏转和差动偏转，再配合两侧扑动机构的差速运动，实现扑翼飞行器的飞行控制。本发明专利技术气动效率高，可提供的总升力大，整体结构简单高效，易于实现，还能保证可悬停八翼扑翼飞行器稳定飞行。

Hoverable eight wing flapping aircraft and its flight control method

【技术实现步骤摘要】
可悬停八翼扑翼飞行器及其飞行控制方法
本专利技术涉及飞行器
，具体是一种可悬停八翼扑翼飞行器及其飞行控制方法。
技术介绍
传统扑翼飞行器大多采用仿鸟式水平飞行，只能实现巡航而不能实现悬停，可悬停的扑翼飞行器具有垂直起降的功能，起飞和降落不受场地限制，还可以搭载微型侦察设备进行悬停隐蔽侦察，未来的应用前景十分广阔。目前研制出的可悬停扑翼飞行器的总类很少，美国专利技术了“蜂鸟”单对翼可悬停扑翼飞行器，其制作难度大，载荷能力小，控制复杂。可悬停扑翼飞行器对动力、结构和控制上有着极高的要求，为了满足悬停所需要的升力，扑翼飞行器需要高效的扑动机构，为了实现扑翼飞行器的垂直、偏航、俯仰和滚转控制，还需要高自由度的控制机构，因此，一种机械结构简单、控制装置高效、飞行能量利用率高的悬停扑翼飞行器是目前的研究热点。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种可悬停八翼扑翼飞行器及其飞行控制方法，气动效率高，可提供的总升力大，整体结构简单高效，易于实现，还能保证可悬停八翼扑翼飞行器稳定飞行。本专利技术提供了一种可悬停八翼扑翼飞行器，包括机身、扑动机构、对翅扑翼、飞控系统、固定支架、控制舵机和起落架，机身两侧通过扑动机构连接有对翅扑翼，机身中部通过固定支架固定有飞控系统和控制舵机，机身下方连接有起落架；所述的扑动机构由齿轮传动系统组成，电机固定在机架上，将动力传递至二级齿轮上，二级齿轮再通过扑翼摇臂将圆周运动转换为直线运动，带动机翼往复扑动产生升力，飞控系统实时测量扑翼飞行器的姿态，再将处理的反馈信号传递至控制舵机，两颗控制舵机的摇臂通过鱼线连接扑动机构上的转动摇臂，使机身两侧的扑动机构能产生同向偏转和差动偏转，再配合两侧扑动机构的差速运动，实现扑翼飞行器的飞行控制。进一步改进，所述机身包括滑动套管、三通连接件、转动摇臂和中心碳管，所述滑动套管水平固定在三通连接件上，当该飞行器悬停飞行时，滑动套管的顶面与水平面平行，所述的转动摇臂对称设置在滑动套管两侧，所述中心碳管竖直插入三通连接件上。进一步改进，所述扑动机构对称插入滑动套管内，每套扑动机构包含机架、转动圆轴、电机、主动齿轮、一级双层齿轮、二级偏心齿轮、曲柄连杆、扑翼摇臂和销钉，所述的电机由下方贯穿插入机架内，主动齿轮通过过盈配合固定在电机转轴上，所述一级双层齿轮通过销钉固定在机架上，一级双层齿轮下齿盘同主动齿轮啮合，所述的二级偏心齿轮对称安装在机架上，同一级双层齿轮上齿盘啮合，所述曲柄连杆通过销钉一头固定在二级偏心齿轮的偏心孔内，另一头固定在扑翼摇臂上，进而带动所述扑翼前缘杆和扑翼薄膜在空间内扑动，扑翼固定杆竖直插入机架内，且布置粘贴在扑翼薄膜的竖直对称线上。进一步改进，所述固定支架内部设计方形通孔，固定在中心碳管上，所述飞控系统通过四个定位孔固定在固定支架上，所述控制舵机对称插入固定支架的左右两侧，舵机摇臂安装在控制舵机上，鱼线的一端系在舵机摇臂上，另一端系在转动摇臂上，固定时施加预紧拉力，使鱼线整体呈紧绷状态。进一步改进，所述起落架由起落架支架和起落架连接座组成，所述起落架连接座顶部开有方形安装孔，插入到机身，底部布置三个连接孔，孔轴线之间的夹角为120度，所述起落架支架插入到起落架连接座底部三个连接孔中，在起飞和降落的时候提供支撑。本专利技术还提供了一种可悬停八翼扑翼飞行器的飞行控制方法，包括以下过程：1）垂直运动：控制机身两侧扑动机构电机的转速，当两套扑动机构转速较快时，扑翼产生的升力大于可悬停八翼扑翼飞行器的重力，可悬停八翼扑翼飞行器垂直上升；当两套扑动机构转速较慢时，扑翼产生的升力小于可悬停八翼扑翼飞行器的重力，可悬停八翼扑翼飞行器垂直下降；2）滚转运动：控制机身两侧扑动机构电机的转速，当左侧扑动机构转速较慢且右侧扑动机构转速较快时，可悬停八翼扑翼飞行器向左侧做滚转运动；当右侧扑动机构转速较慢且左侧扑动机构转速较快时，可悬停八翼扑翼飞行器向右侧做滚转运动；3）俯仰运动：控制两个舵机的偏转方向，当两个舵机同时向前偏转时，带动两个扑动机构整体向前偏转，可悬停八翼扑翼飞行器向前做俯仰运动；当两个舵机同时向后偏转时，带动两个扑动机构整体向后偏转，可悬停八翼扑翼飞行器向后做俯仰运动；4）偏航运动：控制两个舵机的偏转方向，当左侧舵机向前偏转，带动左侧扑动机构向前偏转，右侧舵机向后偏转，带动右侧扑动机构向后偏转，可悬停八翼扑翼飞行器获得向右的偏航力矩，绕机身竖直轴线向右做偏航运动；当左侧舵机向后偏转，带动左侧扑动机构向后偏转，右侧舵机向前偏转，带动右侧扑动机构向前偏转，可悬停八翼扑翼飞行器获得向左的偏航力矩，绕机身竖直轴线向左做偏航运动。本专利技术有益效果在于：1、采用自然界中大黄蜂的开合升力机制，扑翼平面在运动过程中产生各种非稳态涡，这种耦合的气流是高升力产生的原因，同时采用两套扑动机构，互相间有气流耦合，气动效率高，可提供的总升力大。2、仅通过控制电机的转速和两个舵机的偏转就可以控制可悬停八翼扑翼飞行器的悬停、俯仰、滚转和偏航运动，无需对扑翼翅膀进行控制干预，整体结构简单高效，易于实现，还能保证可悬停八翼扑翼飞行器稳定飞行。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的扑动机构轴测图；图3是本专利技术的控制舵机和飞控安装布置方式轴测图；图4是本专利技术的起落架俯视图；图5是本专利技术的起落架连接件轴测图；图6是本专利技术的固定支架轴测图；图7是本专利技术的三通连接件轴测图；图8是本专利技术的机架的轴测图。在附图中：1.滑动套管；2.三通连接件；3.转动摇臂；4.曲柄连杆；5.扑翼摇臂；6.电机；7.一级双层齿轮；8.二级偏心齿轮；9.扑翼前缘杆；10.扑翼薄膜；11.扑翼固定杆；12.飞控系统；13.控制舵机；14.鱼线；15.起落架；16.主动齿轮；17.销钉；18.转动圆轴；19.舵机摇臂；20.固定支架；21.中心碳管；22.起落架支架；23.起落架连接座；24.机架。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供了一种可悬停八翼扑翼飞行器，如图1所示，包括机身、扑动机构、对翅扑翼、飞控系统、固定支架、控制舵机和起落架。所述机身包括滑动套管1、三通连接件2、转动摇臂3和中心碳管21，所述滑动套管1水平固定在三通连接件2上，当该飞行器悬停飞行时，滑动套管1的顶面与水平面平行，所述的转动摇臂3对称设置在滑动套管2两侧，所述中心碳管21竖直插入三通连接件2上。三通连接件如图7所示。如图2所示，所述扑动机构对称插入滑动套管1内，每套扑动机构包含机架24、转动圆轴18、电机6、主动齿轮16、一级双层齿轮7、二级偏心齿轮8、曲柄连杆4、扑翼摇臂5和销钉17，所述的电机6由下方贯穿插入机架内，主动齿轮16通过过盈配合固定在电机转轴上，所述一级双层齿轮7通过销钉17固定在机架24上，一级双层齿轮7下齿盘同主动齿轮16啮合，所述的二级偏心齿轮8对称安装在机架24上，同一级双层齿轮7上齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可悬停八翼扑翼飞行器，其特征在于：包括机身、扑动机构、对翅扑翼、飞控系统、固定支架、控制舵机和起落架，机身两侧通过扑动机构连接有对翅扑翼，机身中部通过固定支架固定有飞控系统和控制舵机，机身下方连接有起落架；所述的扑动机构由齿轮传动系统组成，电机固定在机架上，将动力传递至二级齿轮上，二级齿轮再通过扑翼摇臂将圆周运动转换为直线运动，带动机翼往复扑动产生升力，飞控系统实时测量扑翼飞行器的姿态，再将处理的反馈信号传递至控制舵机，两颗控制舵机的摇臂通过鱼线连接扑动机构上的转动摇臂，使机身两侧的扑动机构能产生同向偏转和差动偏转，再配合两侧扑动机构的差速运动，实现扑翼飞行器的飞行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种可悬停八翼扑翼飞行器，其特征在于：包括机身、扑动机构、对翅扑翼、飞控系统、固定支架、控制舵机和起落架，机身两侧通过扑动机构连接有对翅扑翼，机身中部通过固定支架固定有飞控系统和控制舵机，机身下方连接有起落架；所述的扑动机构由齿轮传动系统组成，电机固定在机架上，将动力传递至二级齿轮上，二级齿轮再通过扑翼摇臂将圆周运动转换为直线运动，带动机翼往复扑动产生升力，飞控系统实时测量扑翼飞行器的姿态，再将处理的反馈信号传递至控制舵机，两颗控制舵机的摇臂通过鱼线连接扑动机构上的转动摇臂，使机身两侧的扑动机构能产生同向偏转和差动偏转，再配合两侧扑动机构的差速运动，实现扑翼飞行器的飞行控制。


2.根据权利要求1所述的可悬停八翼扑翼飞行器，其特征在于：所述机身包括滑动套管、三通连接件、转动摇臂和中心碳管，所述滑动套管水平固定在三通连接件上，当该飞行器悬停飞行时，滑动套管的顶面与水平面平行，所述的转动摇臂对称设置在滑动套管两侧，所述中心碳管竖直插入三通连接件上。


3.根据权利要求2所述的可悬停八翼扑翼飞行器，其特征在于：所述扑动机构对称插入滑动套管内，每套扑动机构包含机架、转动圆轴、电机、主动齿轮、一级双层齿轮、二级偏心齿轮、曲柄连杆、扑翼摇臂和销钉，所述的电机由下方贯穿插入机架内，主动齿轮通过过盈配合固定在电机转轴上，所述一级双层齿轮通过销钉固定在机架上，一级双层齿轮下齿盘同主动齿轮啮合，所述的二级偏心齿轮对称安装在机架上，同一级双层齿轮上齿盘啮合，所述曲柄连杆通过销钉一头固定在二级偏心齿轮的偏心孔内，另一头固定在扑翼摇臂上，进而带动所述扑翼前缘杆和扑翼薄膜在空间内扑动，扑翼固定杆竖直插入机架内，且布置粘贴在扑翼薄膜的竖直对称线上。


4.根据权利要求2所述的可悬停八翼扑翼飞行器，其特征在于：所述固定支架内部设计方形通孔，固定在中心碳管上，所述飞控系统通过四个定位孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李人澍，孟宇，刘坤，侯铭硕，袁宏禹，黄圣姚，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32