一种组合式仿生自旋飞行器制造技术

本发明专利技术提供了一种组合式仿生自旋飞行器。通过仿生自然界花朵、翅果的结构布局实现自旋式飞行与下落；采用橡皮筋与卡槽结构实现组合体与单翼体的组合与分离；组合体与单翼体均具有自由飞行、速降、滑翔、自旋下落四种滞空模式；采用动力桨与机翼提供主要升力实现自旋式机动飞行；通过周期性控制主翼、副翼安装角度与动力桨牵引力来实现不同滞空模式的转换。本发明专利技术组合式仿生自旋飞行器机动灵活、控制方便、滞空模式多、隐蔽性能好、能源消耗少、可实现载荷部署与集群化使用。现载荷部署与集群化使用。现载荷部署与集群化使用。

【技术实现步骤摘要】
一种组合式仿生自旋飞行器


[0001]本专利技术涉及仿生智能飞行器技术，具体涉及一种组合式仿生自旋飞行器。

技术介绍

[0002]单翼飞行器是模仿自然界枫树种子翅果的气动结构布局的一种低小慢飞行器，其特殊结构可以保证在下落时迅速产生自旋并稳定下落。但是纯粹的单翼布局缺乏灵活性，仅具有减速下落的功能，不具有机动飞行、滑翔等功能。新型无人飞行器在朝着小型化、仿生化、组合化、智能化的方向发展，因此将飞行器与翅果等自然生物体相结合是一种较好的发展方向。
[0003]中国专利202210083794.7中公开了《一种高速远航主机和隐身子机协同作战的组合飞行器》，其采用子母机的组合方式将两个子机放置在主机机翼后方。但其子母机均为固定翼式飞行器，仿生性和伪装性不强，在慢速飞行时机动性能不好。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有减速下落和机动飞行的仿生飞行器，同时具有多种飞行滞空模式，可以有效地实现机动和隐蔽性能，实现对一定载荷的运输。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种组合式仿生自旋飞行器，具有组合体与单翼体两种状态，由若干个单翼体周向排列构成组合体，飞行器组合体仿生自然界花朵结构，飞行器单翼体仿生自然界翅果结构，该飞行器采用的气动结构布局能够产生稳定的自旋来实现飞行与下落；单翼体的机身头部具有束缚架和卡槽，将单翼体的机身沿周向依次卡入卡槽，并用橡皮筋套住束缚架，实现飞行器的组合安装与固定；机身上装有分离控制器，分离控制器控制分离杆摆动挑开橡皮筋实现解锁，解锁后利用组合体自旋飞行时产生的离心力实现单翼体的散布。
[0006]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0007](1)本专利技术飞行器组合体仿生自然界梨树花朵，飞行器单翼体仿生自然界枫树翅果，根据其特殊的结构质量布局，可以使飞行器在自然下落时产生稳定的自旋，自旋状态具有较大的升力和较小的下落速度，具有良好的飞行稳定性和仿生隐蔽伪装性。
[0008](2)本专利技术一种组合式仿生自旋飞行器采用在机翼的前缘安装动力桨作为动力源，可以主动为飞行器提供动力，能量消耗少，效率转化高，配合使用对主翼、副翼、动力桨的控制可以实现自由飞行。
[0009](3)本专利技术飞行器具有组合体与单翼体两种状态，并且均具有自由飞行、速降、滑翔、自旋下落四种滞空模式，不同模式之间可以相互转变，可控性能强，隐蔽性能与反侦察性能强。
[0010](4)本专利技术一种组合式仿生自旋飞行器在仿生的基础上增加多个额外功能，在去除动力桨、副翼等零件简化后，仍保有稳定自旋减速下落的仿生功能。
附图说明
[0011]图1为本专利技术一种组合式仿生自旋飞行器总体图。
[0012]图2为本专利技术飞行器单翼体结构示意图。
[0013]图3为本专利技术飞行器组合方式示意图。
[0014]图4为本专利技术飞行器组合体解锁与分离示意图。
[0015]图5为本专利技术飞行器组合体与单翼体速降模式示意图。
[0016]图6为本专利技术飞行器组合体滑翔模式示意图。
[0017]图7为本专利技术飞行器不同滞空模式之间转换图。
[0018]图8为本专利技术飞行器组合体其他组合数量示意图。
[0019]图9为本专利技术飞行器某种简化版示意图。
[0020]图10为本专利技术飞行器组合体等效进动圆盘作用图。
[0021]图11为本专利技术飞行器单翼体等效进动圆盘作用图。
[0022]图12为本专利技术飞行器组合体自旋航向俯视图。
[0023]图13为本专利技术飞行器单翼体自旋航向俯视图。
[0024]图14为本专利技术飞行器单翼体气动布局示意图。
[0025]图15为本专利技术飞行器自旋下落时翼片单元受力图。
[0026]图16为本专利技术飞行器自旋上升时翼片单元受力图。
[0027]图17为本专利技术飞行器单翼体主翼俯仰与副翼摆动说明图。
[0028]图18为本专利技术飞行器单翼体主翼上倾滚转说明图。
[0029]图19为本专利技术飞行器副翼摆动控制说明图。
[0030]图20为本专利技术飞行器整体工作控制流程图。
[0031]其中：1
‑
负载，2
‑
机身，3
‑
主翼，4
‑
副翼，5
‑
前缘配重，6
‑
动力桨，7
‑
翼尾配重，8
‑
副翼控制器，9
‑
主翼控制器，10
‑
飞行控制器，11
‑
分离控制器，12
‑
分离杆，13
‑
橡皮筋，14
‑
束缚架，15
‑
卡槽。
[0032]I
‑
组合体自由飞行模式，II
‑
组合体滑翔模式，III
‑
组合体速降模式，
Ⅳ‑
组合体自旋下落模式，V
‑
组合体分离，VI
‑
单翼体自由飞行模式，VII
‑
单翼体速降模式，VIII
‑
单翼体自旋下落模式，IX
‑
单翼体滑翔模式。
[0033]R
A
、R
S
分别为飞行器组合体、单翼体自旋等效进动圆盘半径；G
‑
质心分布区域、B
‑
机身部、W1‑
翼颈部、W2‑
翼腹部、W2‑
翼尾部、l
‑
翼展向弦位置、c(l)
‑
弦长函数(即包络线曲线)、dl
‑
翼片单元展向宽度、dc
‑
翼片单元弦向长度。
[0034]对于图15
‑
16中的翼片单元：φ
‑
合成风速来流角，α
‑
翼片单元攻角，θ
‑
翼片单元倾角(俯仰角)，U
‑
合成风速，U
T
‑
水平风速，U
P
‑
竖直风速，dD
‑
翼片单元阻力，dL
‑
翼片单元升力，dN
‑
翼片单元竖直力，dC
‑
翼片单元水平力。
[0035]图17
‑
19中，θ0‑
主翼俯仰角、θ1‑
副翼控制摇杆角、θ2‑
副翼摆动角、θ3‑
副翼控制连接杆角、θ
r
‑
主翼滚转角、L1‑
主翼段长度、L2‑
摇杆段长度、L3‑
连接杆段长度、L4‑
副翼段长度、H
‑
舵机段高度、801
‑
副翼控制舵机、802
‑
副翼控制摇杆、803
‑
副翼控制连接杆。
具体实施方式
[0036]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合式仿生自旋飞行器，其特征在于：具有组合体与单翼体两种状态，由若干个单翼体周向排列构成组合体，飞行器组合体仿生自然界花朵结构，飞行器单翼体仿生自然界翅果结构，该飞行器采用的气动结构布局能够产生稳定的自旋来实现飞行与下落；单翼体的机身(2)头部具有束缚架(14)和卡槽(15)，将单翼体的机身(2)沿周向依次卡入卡槽(15)，并用橡皮筋(13)套住束缚架(14)，实现飞行器的组合安装与固定；机身(2)上装有分离控制器(11)，分离控制器(11)控制分离杆(12)摆动挑开橡皮筋(13)实现解锁，解锁后利用组合体自旋飞行时产生的离心力实现单翼体的散布。2.根据权利要求1所述的组合式仿生自旋飞行器，其特征在于：飞行器单翼体包括负载(1)、机身(2)、机翼、前缘配重(5)、动力桨(6)、翼尾配重(7)、副翼控制器(8)、主翼控制器(9)、飞行控制器(10)、分离控制器(11)、分离杆(12)；机翼为平板翼型，包括主翼(3)和副翼(4)；所述机身(2)用于组合体的组装与各零件的安装，在自旋下落时保持水平，机身(2)上装有负载(1)、飞行控制器(10)、分离控制器(11)，并通过主翼控制器(9)连接主翼(3)；负载(1)为仿生翅果的种子结构，为单翼体质量集中部位；飞行控制器(10)具有飞行控制、姿态解算、数据信号传输、传感监测功能，是飞行器的总体控制中心；主翼控制器(9)用于控制主翼(3)的安装角度，包括俯仰角θ0和滚转角θ
r
，使其产生不同大小和方向的气动力来控制飞行器不同工作方式的转换；飞行控制器(10)分别与副翼控制器(8)、主翼控制器(9)、分离控制器(11)电连接；主翼(3)上装有前缘配重(5)、翼尾配重(7)、动力桨(6)、副翼控制器(8)；所述前缘配重(5)用于使机翼产生不平衡力，引导飞行器单翼体产生自旋；所述翼尾配重(7)用于匹配机翼的转动惯量，从而使飞行器单翼体产生稳定自旋；通过调整前缘配重(5)和翼尾配重(7)以使飞行器单翼体质量分布合理；所述副翼控制器(8)用于控制副翼(4)的摆动，副翼(4)用于对主翼(3)产生的气动力进行微调控制，通过改变机翼的局部气动力来保证稳定飞行与下落；所述动力桨(6)固定在主翼(3)的前缘，用于使飞行器自旋产生提供足够的升力。3.根据权利要求1所述的组合式仿生自旋飞行器，其特征在于：飞行器的组合体与单翼体均具有自由飞行、速降、滑翔、自旋下落四种滞空模式；通过对主翼(3)、副翼(4)、动力桨(6)的控制来实现不同模式之间的转换；飞行器在任何滞空状态都能够转换成自旋状态，自旋状态也能够转换成其他任何滞空状态，即不同滞空模式之间可以相互转换。4.根据权利要求3所述的组合式仿生自旋飞行器，其特征在于：自由飞行模式亦称有动力模式，飞行器通过配合升降动作和平移动作来实现，此时需开启动力桨(6)；所述飞行器组合体自由飞行模式与飞行器单翼体自由飞行模式，需控制主翼(3)前缘上倾，即主翼俯仰角θ0<0，由动力桨(6)带动机翼旋转从而提供升力，通过控制主翼(3)与副翼(4)安装角度与动力桨(6)动力来调整升力大小实现升降，通过对主翼(3)、副翼(4)、动力桨(6)的周期循环控制使得飞行器产生周向不平衡力，从而实现平动；速降、滑翔、自旋下落三种滞空模式亦称无动力模式，均需关闭动力桨(6)并使主翼(3)前缘下倾，即主翼俯仰角θ0>0，此时飞行器仿生下落，噪声降低，隐蔽性和伪装性提高；飞行器组合体速降模式：控制所有主翼(3)向上折起，即较大的主翼滚转角θ
r
，使飞行器自旋失速，进而以最小阻力快速下落；飞行器单翼体速降模式：控制飞行器主翼(3)或副翼(4)安装角度变大，即主翼俯仰角
θ0、主翼滚转角θ
r
、副翼摆动角θ2三者任一角度过大，使飞行器单翼体无法产生稳定自旋，从而因自转失速升力不足导致速降；飞行器组合体与飞行器单翼体滑翔模式：通过使主翼(3)和副翼(4)的安装角度周期性变化，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭锐，唐玉勇，王淑雯，杨永亮，江琳，张幸阳，王宇杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：