一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器制造技术

本发明专利技术涉及飞行器技术领域，提供一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，包括：机架、电机、尾翼机构以及对称设置在机架两侧的扑翼机构；所述电机安装在机架上，所述电机的输出轴齿轮与第一减速齿轮啮合，所述第一减速齿轮与第二减速齿轮同轴设置，所述第二减速齿轮与扑翼机构啮合；每组扑翼机构，包括：曲柄齿轮、摇杆连杆、翅膀连杆、扑翼翅膀以及扭转定位杆；所述尾翼机构安装于机架尾端；所述尾翼机构，包括：偏转舵机、偏转板、尾翼耦合板、电磁舵机以及尾翼；所述尾翼与电磁舵机俯仰板连接。本发明专利技术能够完成升力瞬时增加机制，并实现了对尾翼的多姿态运动控制。了对尾翼的多姿态运动控制。了对尾翼的多姿态运动控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器


[0001]本专利技术涉及飞行器
，尤其涉及一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器。

技术介绍

[0002]扑翼飞行器是一种基于仿生原理的飞行器，其飞行模式是通过模仿鸟类或昆虫的扑动模式来完成空中飞行任务，相比于传统的固定翼和旋翼飞行，扑翼飞行最大的特点在于集升力、悬停和推进功能于一体，只需通过翅膀周期性的扑动即可产生气动推力和升力，并通过尾翼的偏转运动来调节机身的飞行姿态。通过这样的运动方式，仿生扑翼机器人能够完成快速升降、高空盘旋、悬停等高难度飞行动作，具有隐蔽性好，噪声小，机动性好、效率高等特点，在搜索、救援和军事侦察中都有着广阔的应用前景。
[0003]扑翼飞行器驱动机构主要以基于直流电机的驱动机构为主。基于直流电机的驱动机构的工作原理是利用各种机械传动机构将电机输出的回转运动转化为扑动翼的周期性扑动，从而实现飞行器的扑翼飞行。在固定的翼面积下，扑翼飞行器的气动性能主要与扑动幅度和扑动频率有关，而扑翼的升力主要在下扑阶段产生，为保证扑翼飞行器具备良好的气动性能，国内外的研究团队主要采用了单曲柄双摇杆机构、双曲柄双摇杆机构和曲柄滑块式机构作为扑翼飞行器的驱动机构。
[0004]现有的扑翼飞行器由于机械机构的限制，扑动角度较小，且上下扑动行程的运动速度对称相等，这就使得下扑阶段产生的部分气动升力与上扑阶段产生的阻力抵消，导致扑翼飞行器的气动性能较低。
[0005]现有的双曲柄双摇杆机构由于两个曲柄机构单独固接，大扑动动角度受限严重，占用机身空间较大，机身尺寸受限，使得扑翼飞行器微小化困难。
[0006]现有的扑翼飞行器飞行姿态较为单一，大部分研究采用两个偏转舵机或一个偏转舵机和一个直线舵机相结合的方式，来实现对尾翼的俯仰翻滚运动的两自由度姿态飞行控制，但是由于直线舵机和偏转舵机的摩擦损耗和重量较大，大大降低了扑翼飞行器的续航能力和气动性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要解决现有技术的扑翼飞行器气动性能较低、扑翼飞行器微小化困难以及飞行姿态较为单一等技术问题，提出一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，能够完成升力瞬时增加机制，并实现了对尾翼的多姿态运动控制，使得扑翼飞行器整体结构紧凑、重量轻便、飞行效率较高。
[0008]本专利技术提供了一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，包括：机架、电机、尾翼机构以及对称设置在机架两侧的扑翼机构；
[0009]所述电机安装在机架上，所述电机的输出轴齿轮与第一减速齿轮啮合，所述第一减速齿轮与第二减速齿轮同轴设置，所述第二减速齿轮与扑翼机构啮合；
[0010]每组扑翼机构，包括：曲柄齿轮、摇杆连杆、翅膀连杆、扑翼翅膀以及扭转定位杆；
[0011]所述曲柄齿轮与第二减速齿轮啮合；所述曲柄齿轮上与摇杆连杆的一端铰接，所述摇杆连杆的另一端与翅膀连杆铰接；所述翅膀连杆上安装扑翼翅膀；所述扭转定位杆安装于机架中部，所述扭转定位杆与扑翼翅膀尾缘连接；
[0012]所述尾翼机构安装于机架尾端；所述尾翼机构，包括：偏转舵机、偏转板、尾翼耦合板、电磁舵机以及尾翼；
[0013]所述偏转舵机安装于机架尾端，所述偏转舵机的输出轴与偏转板连接，所述尾翼耦合板前端与偏转板连接；
[0014]所述电磁舵机，包括：电磁舵机固定板、磁力线圈和电磁舵机俯仰板；
[0015]所述电磁舵机固定板的前端与尾翼耦合板连接，所述电磁舵机固定板和电磁舵机俯仰板铰接，所述磁力线圈安装在电磁舵机固定板和电磁舵机俯仰板之间；
[0016]所述尾翼与电磁舵机俯仰板连接。
[0017]优选的，所述扭转定位杆通过轴承安装在机架中部。
[0018]优选的，所述曲柄齿轮上设置摇杆安装孔，所述摇杆连杆安装在摇杆安装孔中。
[0019]优选的，所述机架为采用碳纤维材料轻量化结构体。
[0020]优选的，所述机架的高度为35mm，所述机架长度为65mm。
[0021]优选的，所述机架的首部下端具有圆形槽，所述电机安装在圆形槽中。
[0022]优选的，所述扑翼翅膀和尾翼采用聚酯薄膜和碳纤维杆件组合而成。
[0023]优选的，所述扑翼翅膀的前缘、翅根和翅脉均与碳纤维杆粘连；
[0024]所述扑翼翅膀前缘的碳纤维杆首端与翅膀连杆端部连接。
[0025]本专利技术提供的一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，与现有技术相比具有以下优点：
[0026]1、本专利技术提出的基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，可以在不影响传动效率的情况下增大扑翼下扑行程的速度，扩大了附加质量(Added mass)效应机制对扑翼气动性能的影响，提高了扑翼飞行器的气动升力和飞行效率。
[0027]2、本专利技术提出的基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，机构紧凑，传动效率高，采用了经过改良设计的双曲柄双摇杆驱动机构，相比传统的驱动机构，可以实现高扑动幅度样机的微小化设计。本专利技术在扑翼机构和尾翼机构上创新，其中扑翼机构采用具备急回特性的双曲柄双摇杆机构，两个摇杆采用共同铰接，以打破大扑动角度对扑翼的机身尺寸和质量的限制，在不影响传动效率的情况下增大了扑翼下扑行程的扑动速度，提升了扑翼在下扑行程产生的气动升力，飞行的气动效率更大；尾翼机构采用了偏转舵机与电磁舵机耦合控制的组合形式，使扑翼飞行器可以完成俯仰和偏转共同耦合的多姿态飞行。
[0028]3、本专利技术提出的基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，结构较为简单，质量较轻，微小化和轻量化容易，控制方便，可实现的扑动幅度较大，可以实现多姿态的飞行任务，包括俯仰、偏航、滚转等多种飞行姿态，飞行效率和稳定性较好。
[0029]4、本专利技术提出的基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，尾翼机构采用了偏转舵机与电磁舵机耦合控制的组合形式，结构简单，空间占用小，可根据不同飞行环境加大电磁舵机线圈，以实现尾翼的扭矩灵活输出。
[0030]5、本专利技术提出的基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，所采用了所有零部
件均由碳纤维材料或尼龙材料打印制作而成，保证了扑翼飞行器整机的机构强度和稳定性，降低了扑翼飞行器整机的质量，提高了飞行效率。
[0031]6、本专利技术将四连杆机构的急回特性与扑翼的附加质量效应机制结合，使其能够完成升力瞬时增加机制，在扑翼的下扑行程中，能够使扑翼在不影响传动效率的情况下增大扑翼的加速度，从而增大翅翼表面的流体压力，使其获得更大的气动升力，提高飞行效率。
附图说明
[0032]图1是本专利技术基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器整体结构后向示意图；
[0033]图2是本专利技术基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器整体结构前向示意图；
[0034]图3是本专利技术基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器双曲柄双摇杆驱动机构图；
[0035]图4是本专利技术基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器尾翼机构放大示意图；
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于附加质量效应机制的多姿态扑翼飞行器，其特征在于，包括：机架(1)、电机(2)、尾翼机构以及对称设置在机架(1)两侧的扑翼机构；所述电机(2)安装在机架(1)上，所述电机(2的输出轴齿轮与第一减速齿轮(3)啮合，所述第一减速齿轮(3)与第二减速齿轮(4)同轴设置，所述第二减速齿轮(4)与扑翼机构啮合；每组扑翼机构，包括：曲柄齿轮(5)、摇杆连杆(6)、翅膀连杆、扑翼翅膀(9)以及扭转定位杆(10)；所述曲柄齿轮(5)与第二减速齿轮(4)啮合；所述曲柄齿轮(5)上与摇杆连杆(6)的一端铰接，所述摇杆连杆(6)的另一端与翅膀连杆铰接；所述翅膀连杆上安装扑翼翅膀(9)；所述扭转定位杆(10)安装于机架(1)中部，所述扭转定位杆(10)与扑翼翅膀(9)尾缘连接；所述尾翼机构安装于机架(1)尾端；所述尾翼机构，包括：偏转舵机(11)、偏转板(12)、尾翼耦合板(13)、电磁舵机(14)以及尾翼(15)；所述偏转舵机(11)安装于机架(1)尾端，所述偏转舵机(11)的输出轴与偏转板(12)连接，所述尾翼耦合板(13)前端与偏转板(12)连接；所述电磁舵机(14)，包括：电磁舵机固定板(14a)、磁力线圈(14b)和电磁舵机俯仰板(14c)；所述电磁舵机固定板(14a)的前端与尾翼耦合板(13)连接，所述电磁舵机固定板(14a)和电磁舵机俯仰板(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李战东，龚昌全，米保炫，李景奎，魏丽娜，王巍，赵晋芳，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：