[實用新型]一種四翼撲翼微型飛行器

有效

• 申請號: 201420776775.3
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN204323687U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 孫熙;溫志湧;黃駿杰;孫靖萱
• 申請（專利權）人: 香港理工大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 深圳市康弘知識產權代理有限公司 44247
• 代理人: 胡朝陽;孫潔敏

技術領域

本實用新型涉及微型飛行器，尤其涉及一種四翼撲翼微型飛行器。

背景技術

撲翼微型飛行器是近年來新興的一個技術領域，撲翼是指撲動的翼或拍打的翼。與固定翼和旋翼微型飛行器不同，撲翼微型飛行器的翼面不是做旋轉運動，而主要是做上下撲動，即像鳥或飛行昆蟲翅膀一樣撲動而飛行。從飛行機理上來說，撲翼微型飛行器是通過撲翼同時產生升力和推力。

與傳統微型飛行器相比，撲翼微型飛行器主要特點是將爬升、懸停和推進功能集成于一體，使其可以快速的起飛、加速和懸停，具有高度機動性和靈活性，更適于執行繞過障礙物等復雜地形飛行。對于微小尺寸的飛行器，撲翼產生的非定常升力比固定翼的定常升力相對要大得多。而對于推進力，撲翼的推進效率也比螺旋槳推進效率高。因此對于翼展小于15cm的微型飛行器來說，撲翼飛行比固定翼和旋翼飛行更具優勢。同時由于微型撲翼飛行器體積小、重量輕、成本低等特點，其在國防和民用領域都有非常廣泛的應用。

目前，一般微型仿生撲翼飛行器大部分僅僅依靠一對撲翼產生升力和推力。這種撲翼飛行模式大部分是利用Weis-Fogh機制（Clap-Fling）產生升推力，此類的飛行器撲翼產生升推力的效率較低。現有的撲翼微型飛行器在一個撲翼周期中“合攏”（clap）與“打開”（fling）兩個運動階段速度都是相同的，但是通過對自然界中昆蟲飛行狀態的觀察，自然界中昆蟲實際撲翼運動狀態（如瓢蟲）在一個撲翼周期中“合攏”（clap）與“打開”（fling）兩個運動階段速度都是不同的，也就是說兩個運動階段是有快慢變化的。同時通過利用粒子圖像測速技術（PIV）對原型機（一個撲翼周期中“合攏”（clap）與“打開”（fling）兩個運動階段速度相同）進行風洞試驗，發現在一個撲翼周期中，“合攏”（clap）與“打開”（fling）兩個運動階段所產生的升力是不同的。這就為設計一種可以實現“合攏”（clap）與“打開”（fling）兩個運動階段速度不同的撲翼微型飛行器提供了理論依據。

另一方面，現已成功試飛的微型撲翼機多采用四連桿結構，如空間連桿、單曲柄雙搖桿、雙曲柄雙搖桿等機構，這些機構都或多或少存在著微小化困難或者是左右撲動對稱性不好等問題。其中左右撲動對稱性問題是設計撲翼微型飛行器驅動機構的一個核心問題，左右機翼撲動的不對稱將直接導致飛行器飛行的不穩定。這是因為在同一時刻，左右機翼撲動的不對稱導致兩翼撲動角度及角速度不同，進而造成左右機翼產生的升力和推力不同，這也就使微型飛行器不能穩定飛行。

因此，如何設計一種結構簡單、撲翼完全對稱撲動且撲動過程中速度不同的四翼撲翼微型飛行器是業界亟待解決的技術問題。

實用新型內容

本實用新型針對上述問題提供了一種結構簡單、撲翼完全對稱撲動且撲動過程中速度不同的四翼撲翼微型飛行器。

本實用新型提出的技術方案是，設計一種四翼撲翼微型飛行器，包括：機架、設于機架上方的機翼、設于機架后方的尾翼及固定于機架上的驅動電機，所述機翼由四片撲翼構成，所述機翼與驅動電機之間設有搖臂組件、齒輪傳動組件及連桿組件進行傳動連接；所述搖臂組件由兩個對稱鉸接于機架頂端的搖臂構成，所述搖臂兩端折彎形成鈍角，兩搖臂鈍角開口朝上在折彎點相互鉸接，四片撲翼分別固定于兩個搖臂的外端；齒輪傳動組件包括：與驅動電機輸出軸傳動連接的主動齒輪、主動齒輪嚙合連接的從動齒輪，所述主、從動齒輪的嚙合轉動與兩個搖臂的鉸接轉動均在垂直平面內；連桿組件由兩個連桿構成，分別配合鉸接于一搖臂與主動齒輪之間、另一搖臂與從動齒輪之間，主、從動齒輪通過連桿分別帶動兩搖臂以相同的速度對稱轉動。

所述主、從動齒輪之間傳動連接有一對橢圓齒輪，所述橢圓齒輪實現非定常比傳動。

所述齒輪傳動組件包括：與驅動電機輸出軸傳動連接的第一齒輪、與第一齒輪嚙合傳動的第一副齒輪、與第一副齒輪同軸固定連接的第二齒輪、與第二齒輪嚙合的第二副齒輪、與第二副齒輪同軸固定連接的第三橢圓齒輪、與第三橢圓齒輪嚙合的第三副橢圓齒輪、與第三副橢圓齒輪同軸固定連接的第四齒輪、與第四齒輪嚙合的第四副齒輪；所述主動齒輪與所述第四副齒輪同軸固定連接。

所述齒輪傳動組件中第一、二齒輪為小齒輪，第一、二副齒輪為大齒輪，所述第三橢圓齒輪為小橢圓齒輪，所述第三副橢圓齒輪為大橢圓齒輪，所述齒輪傳動組件為減速齒輪組。

所述撲翼由外端具有可撓性的支撐懸臂和固定在支撐懸臂上的翼膜構成，所述翼膜由支撐懸臂的外端向內端呈現波浪狀。