[實(shí)用新型]一種復(fù)合撲動的撲翼飛行器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120151857.5
• 申請日: 2011-05-12
• 公開（公告）號: CN202098551U
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王進(jìn);宋筆鋒;王利光;李洋;楊文青;高廣林;付鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B64C33/00
• 分類號: B64C33/00;B64C33/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種撲翼飛行器，特別是一種微型撲翼飛行器。

背景技術(shù)

微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類飛行的新概念飛行器，它具有體積小、重量輕、使用靈活、效率高等優(yōu)勢，如果搭載傳感器和相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸和飛行控制系統(tǒng)，形成微型撲翼無人機(jī)平臺，就會具有廣闊的應(yīng)用前景。圍繞這一課題，各國已研制出可控飛行的撲翼飛行器，其中較成功的有美國Aero?Vironment公司與加利福尼亞大學(xué)合作的“Microbat”以及荷蘭Delft大學(xué)的“Delfly”等，但這些撲翼飛行器距離實(shí)用無人機(jī)系統(tǒng)的飛行器平臺都有一定的距離。

微型撲翼飛行器難以實(shí)用化的主要原因是現(xiàn)有微型撲翼飛行器氣動效率不足、有效載荷小、內(nèi)部空間小，無人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)、飛控導(dǎo)航分系統(tǒng)和任務(wù)載荷受到有效載荷和內(nèi)部空間的限制難以布置。這是由于撲翼驅(qū)動機(jī)制多為單純的平面上下?lián)鋭樱匀唤绲镍B類和昆蟲在飛行過程中，其翼的撲動除了上下運(yùn)動之外，還附加了前后掃掠以及翼面繞展向的扭轉(zhuǎn)。對于鳥類和昆蟲飛行的相關(guān)研究表明，生物撲翼產(chǎn)生升力具有“拍飛(Clap-Fling)”、“延時失速(Delayed?Stall)”、“旋轉(zhuǎn)環(huán)流(Rotational?Circulation)”和“尾流捕獲(Wake?Capture)”四種產(chǎn)生大升力的機(jī)理，其中，“拍飛”和“延時失速”是撲動機(jī)翼固有的升力機(jī)理，而“旋轉(zhuǎn)環(huán)流”和“尾流捕獲”則是撲翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的效果，因此，復(fù)合撲動模式的氣動效率顯著高于單純上下?lián)鋭印?/p>

現(xiàn)有微型撲翼飛行器大多通過復(fù)雜的撲翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)撲翼的復(fù)合運(yùn)動，這種技術(shù)途徑必須以增大撲翼飛行器空機(jī)重量和降低可靠性為代價，應(yīng)用受到了限制。

中國專利“機(jī)械鳥的撲動機(jī)構(gòu)”(授權(quán)公告號CN201354146Y，授權(quán)公告日2009年12月2日)公開了一種模擬飛鳥展翅飛行的具有三自由度的撲動裝置。該裝置采用三個電機(jī)分別驅(qū)動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒環(huán)機(jī)構(gòu)和齒輪組實(shí)現(xiàn)了模仿飛鳥展翅飛行的拍打、扭轉(zhuǎn)和擺動的三自由度運(yùn)動。其不足之處是，機(jī)構(gòu)的組成比較復(fù)雜，難以輕量化、小型化，不適合應(yīng)用于微型撲翼飛行器；整個機(jī)構(gòu)由三個電機(jī)及其對應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)分別獨(dú)立，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)控制三個電機(jī)使整個機(jī)構(gòu)的撲動協(xié)調(diào)，飛控系統(tǒng)的設(shè)計難度增加，可靠性降低。

中國專利“偽仿生撲翼飛機(jī)”(授權(quán)公告號101618765A，授權(quán)公告日2010年1月6日)由靠近機(jī)身前緣與其平行安裝的一個撲翼轉(zhuǎn)軸帶動兩個撲翼上下擺動，撲翼由翼撐和翼羽組成，翼撐為細(xì)長支桿，翼羽沿翼撐軸線等距安裝，所有翼羽寬度相同，其長度由小到大從前向后依次排列，相鄰翼羽兩兩重疊。翼羽由硬質(zhì)桿和彈性薄片制成，在上撲過程中可以打開，避免產(chǎn)生負(fù)升力。其不足之處是，特殊的機(jī)翼設(shè)計使整個機(jī)翼的轉(zhuǎn)動慣量和氣動阻力增加，需要伺服電機(jī)較大的功率輸出，增加了撲翼飛機(jī)的自重，影響了載荷特性；彈性薄片變形能力匹配困難，難以獲得理想的氣動效率：變形能力強(qiáng)，則整個變形過程耗時長，在撲翼撲動頻率較大時響應(yīng)滯后，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的上撲打開、下?lián)浜蠑n的效果；變形能力太差，則撲動過程中打開和合攏的幅度較小，效果非常有限。

中國專利“撲翼軌跡呈8字形的仿生微型飛行器”(授權(quán)公告號CNl01508343A，授權(quán)公告日2009年8月19日)給出了一種單自由度四連桿拍翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)，通過兩級齒輪減速器驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動拍翼上下拍動，并借由拍翼的彈性變形能力和特定的撲動頻率產(chǎn)生的氣動特性實(shí)現(xiàn)拍翼軌跡呈8字形的拍動。其不足之處是，由于僅限定了拍翼前緣與撲動機(jī)構(gòu)的連接方式，而拍翼后緣為一柔性的整體，在拍動頻率變化或遇到突風(fēng)擾動時，其拍翼結(jié)構(gòu)耦合振動的幅度和相位難以控制和預(yù)測，影響氣動效率和飛行穩(wěn)定性，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)想的8字形拍翼軌跡；其機(jī)身采用桿式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)件和撲動機(jī)構(gòu)外露，抗毀傷能力差，且不利于布置數(shù)據(jù)鏈、飛控導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷等設(shè)備，不適合用作微型撲翼無人機(jī)系統(tǒng)的飛行器平臺。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、撲翼飛行器空機(jī)重量大和可靠性低的不足，本發(fā)明提供一種能夠作為微型撲翼無人機(jī)系統(tǒng)飛行器平臺的撲翼飛行器，使飛行器整體具備較高的氣動效率，滿足無人機(jī)系統(tǒng)對載荷和空間的需求，同時控制簡單，使用可靠。