本发明专利技术公开了一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，涉及扑翼飞行器的机翼及驱动结构领域。采用一个驱动元件实现扑翼飞行器扑动和机翼展开，所述仿生扑翼飞行器包括机身、一对折叠机翼、V型尾翼，一对折叠机翼和V型尾翼分别对称的分布在扑翼飞行器的机身两侧；所述折叠机翼包括与机身相连的翼杆和以及连接在翼杆上的翼膜；所述翼杆包括机翼杆一、机翼杆二、外翼杆一和外翼杆二，采用简单轻量的结构实现了折叠，所增加的质量小，产生的惯性力小；所述仿生扑翼飞行器还包括固定安装在所述机身上的电机，与电机保持联动的齿轮六，连接在齿轮六和机翼杆一之间的连接杆二，以及连接在齿轮六和连接件之间的连接杆一。本结构设计的三段翼与家鸽飞行时翅膀的折叠极为相似，仿生性较强。仿生性较强。仿生性较强。
【技术实现步骤摘要】
一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构
[0001]本专利技术涉及扑翼飞行器的机翼及驱动结构领域，具体涉及一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构。
技术介绍
[0002]扑翼飞行器是一种仿生学的飞行器，它的设计灵感来自于鸟类的飞行方式。与传统的固定翼扑翼飞行器不同，仿生折叠翼扑翼飞行器通过在飞行中折叠其翼形来产生升力和推力，从而实现飞行。在鸟类飞行时，翅膀会产生折叠，使其能获得更好的气动效果。仿生扑翼飞行器在飞行过程中也要通过一些结构的变化来提升其本身的气动特性。目前国内外已经在扑翼飞行器的机翼的结构方面有了一定的研究。如2022年广西大学蔡毓在“折叠翼飞行器设计与气动仿真分析”论文中介绍了一种“拍打－折叠”扑翼机构，实现机翼在拍打的同时能垂直于体轴方向进行折叠运动，并经行了气动分析。2022年西班牙塞维利亚大学Cristina Ruiz等人在“Optimal elastic wing for flapping
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wing robots through passive morphing”论文中介绍了一种具有可变形机翼的扑翼飞行器，通过实验发现其升力提高了16％。
[0003]然而，目前对变形翼扑翼飞行器的研究大多数是在垂直于体轴面内进行变形，平行于体轴所在平面内的变形极少，且在动物飞行过程翅膀在平行与体轴平面内的折叠运动真实存在。现有扑翼飞行器能在体轴平面内的机翼折叠机构大多数复杂，质量大，且需要添加除驱动扑动机构以外的驱动元件，相比无折叠功能的扑翼飞行器，需要增加很多的质量来实现机翼的折叠运动和控制，使得飞行器飞行过程中的机翼的产生的惯性力较大，不利于飞行的稳定性、折叠扑动相互协调的控制和降低扑翼飞行器的能耗。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对以上问题，提出了一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，采用一个驱动元件实现扑翼飞行器扑动和机翼展开。
[0005]本专利技术的技术方案为：所述仿生扑翼飞行器包括机身、一对折叠机翼、V型尾翼，一对折叠机翼和V型尾翼分别对称的分布在扑翼飞行器的机身两侧；
[0006]所述折叠机翼包括与机身相连的翼杆(2)以及连接在翼杆(2)上的翼膜(1)；
[0007]所述翼杆(2)包括机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)，所述机翼杆一(3)的中部和机翼杆二(4)的中部铰接，所述外翼杆二(6)的根部铰接所述机翼杆一(3)，所述外翼杆一(5)的两端则分别铰接机翼杆二(4)和外翼杆二(6)，使得机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者之间形成一菱形；采用此菱形机构实现机翼的折叠，结构简单质量轻，相比复杂的机翼折叠机构有利于减小机翼在扑动和折叠过程中所产生的惯性力，从而有利于飞行器飞行的稳定性。
[0008]在机身上铰接有可以上下翻转的连接件一(8)，所述机翼杆二(4)的根部铰接在连接件一(8)上，并且机翼杆二(4)可以相对于连接件一(8)前后摆动；
[0009]在所述机身上还固定连接有沿其长度方向设置的杆件(11)，在所述杆件(11)上套装有与其滑动相连的连接件三(10)，所述连接件三(10)上铰接有可以上下翻转的连接件二(9)，所述机翼杆一(3)的根部铰接在连接件二(9)上，并且机翼杆一(3)可以相对于连接件二(9)前后摆动；这样，当机翼杆二(4)相对于机身上下摆动时，由于机翼杆一(3)的根部与机身处在自由上下翻转的状态，因此，机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者也将做出同步的上下翻转；而当机翼杆一(3)的根部和机翼杆二(4)的根部之间的间距出现变化，即当连接件三(10)在杆件(11)上滑动时，受菱形结构影响，将使得机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者可以同步向内收缩或同步向外展开；
[0010]所述仿生扑翼飞行器还包括固定安装在所述机身上的电机(12)，与电机(12)保持联动的齿轮六(19)，连接在齿轮六(19)和机翼杆一(3)之间的连接杆二(21)，以及连接在齿轮六(19)和连接件三(10)之间的连接杆一(20)；
[0011]所述齿轮六(19)垂直于机身的长度方向布置，并且其中心转动连接在机身上，所述连接杆二(21)的一端通过球面铰活动连接在齿轮六(19)的表面上，另一端则通过球销铰活动连接所述连接件一(8)，所述连接杆一(20)的两端则直接铰接齿轮六(19)的表面以及连接件三(10)。这样，当电机收到信号开始旋转之后，将带动齿轮六(19)绕自身轴心旋转，此后，齿轮六19、连接杆二21和连接件一8构成的扑动机构将在球铰结构的影响下使得连接件一8以及翼杆2整体做上下往复运动，而齿轮六19、连接杆一20和连接件三10构成的折叠机构，亦是一曲柄滑块机构，将使得连接件三10做出前后往复滑动，从而使得翼杆2整体折叠或展开。
[0012]最终，通过一个驱动元件实现了折叠与扑动，折叠和扑动驱动结构简单轻便，在飞行过程中，当机翼下扑时在机身两侧的机翼逐渐张开，增大其翼面的面积，从而提升其升力；当机翼上扑时在机身两侧的机翼逐渐折叠减少其翼面的面积，从而减少其上扑时带来的阻力，提升了扑翼飞行器在飞行过程中的气动特性，降低了飞行能耗。
[0013]此外本专利技术的机翼折叠机构较为简单，轻便，运用到扑翼飞行器上有利于减小因为增加折叠机构而带来的重量。减小折叠翼增加的重量有利于降低扑翼飞行器在飞行过程中由于机翼上下扑动和折叠运动而产生的惯性力，降低受机翼惯性力的影响飞行动作姿态发生突变的可能性，从而保证了飞行的稳定性，降低了飞行器需克服自身质量和运动惯性力而消耗的能量。本专利技术折叠机构能在不工作的状态下进行折叠，方便扑翼飞行器的收纳和运输。机翼的折叠和扑动采用同一驱动元件，通过巧妙的结构设计使飞行器机翼的折叠和扑动相互协调，减少了因为增加折叠机构而需要增加的额外的驱动元件及其电子设备的质量，避免了对单独驱动飞行器机翼折叠和扑动运动的驱动元件的协调控制设计。本专利技术中机翼及其折叠扑动机构，结构简单，便于设计和控制，质量小，在减小飞行器飞行中的惯性力，提升飞行的稳定性，降低飞行中的能耗有显著的作用。本专利技术的折叠翼结构对于负载能力小，尺寸较小的扑翼飞行器同样适用。
[0014]进一步的，所述翼膜(1)为超薄的tpu软膜，翼膜(1)的前沿粘贴在翼杆(2)的前缘上，随着翼杆结构的变化而发生折叠和展开。以左侧机翼为例，翼膜(1)的前沿从内向外分别粘贴在机翼杆二(4)、机翼杆一(3)、外翼杆二(6)的部分位于翼杆前缘的部分。在翼杆(2)的下方，还装有翼面支撑杆(49)、连接件四(50)、连接件五(51)用来固定翼面，从而保证翼面的气动效果。翼面支撑杆(49)的一端同时与机翼杆一(3)及外翼杆二(6)铰接，另一端与
翼膜(1)固定相连，所述连接件四(50)与机翼杆二(4)及外翼杆一(5)铰接，翼面支撑杆(49)贯穿连接件四(50)，并与其滑动连接。当翼杆(2)发生角度变化时，翼面支撑杆(49)与连接件四(50)可随之发生相对滑动。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，所述仿生扑翼飞行器包括机身、一对折叠机翼、V型尾翼，一对折叠机翼和V型尾翼分别对称的分布在扑翼飞行器的机身两侧；其特征在于，所述折叠机翼包括与机身相连的翼杆(2)和以及连接在翼杆(2)上的翼膜(1)；所述翼杆(2)包括机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)，所述机翼杆一(3)的中部和机翼杆二(4)的中部铰接，所述外翼杆二(6)的根部铰接所述机翼杆一(3)，所述外翼杆一(5)的两端则分别铰接机翼杆二(4)和外翼杆二(6)，使得机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者之间形成一菱形，采用简单的结构实现了机翼的折叠运动，减轻了折叠翼结构带来的重量，从而减小了机翼运动中带来的惯性力；在机身上铰接有可以上下翻转的连接件一(8)，所述机翼杆二(4)的根部铰接在连接件一(8)上，并且机翼杆二(4)可以相对于连接件一(8)前后摆动；在所述机身上还固定连接有沿其长度方向设置的杆件(11)，在所述杆件(11)上套装有与其滑动相连的连接件三(10)，所述连接件三(10)上铰接有可以上下翻转的连接件二(9)，所述机翼杆一(3)的根部铰接在连接件二(9)上，并且机翼杆一(3)可以相对于连接件二(9)前后摆动；所述仿生扑翼飞行器还包括固定安装在所述机身上的电机(12)，与电机(12)保持联动的齿轮六(19)，连接在齿轮六(19)和机翼杆二(4)之间的连接杆二(21)，以及连接在齿轮六(19)和连接件(10)之间的连接杆一(20)，实现采用同一驱动元件完成扑动和折叠运动；所述齿轮六(19)垂直于机身的长度方向布置，并且其中心转动连接在机身上，所述连接杆二(21)的一端通过球面铰活动连接在齿轮六(19)的表面上，另一端则通过球销铰活动连接所述连接件一(8)，所述连接杆一(20)的两端则直接铰接齿轮六(19)的表面以及连接件三(10)上。2....
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，周朱晶，朱瑶勇，吴家星，张琦，许帅，邱兆成，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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