[發明專利]一種采用開孔實現增升的撲旋翼

有效

• 申請號: 201610013334.1
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105667787B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 吳江浩;陳隆;周超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明涉及微型飛行器領域，具體來說是一種采用開孔實現增升的撲旋翼。

背景技術

自二十世紀九十年代以來，隨著傳統飛行器設計技術的不斷成熟和微電子技術的大幅進步，微型飛行器被提出并快速發展。由于微型飛行器體積小、重量輕、機動性強等特征，在國家安全和國民經濟建設方面具有廣泛的應用前景，適用于復雜環境下的偵查、勘探、協助救援等工作。

同時，隨著人們對自然生物飛行和游動機理的不斷探索，仿生學設計被越來越多的應用于微型飛行器領域。公開號為CN 101492093的專利申請：“撲旋翼設計方法及利用此方法設計的微小型撲旋翼飛行器”，公開了微小型撲旋翼飛行器，該專利微小型撲旋翼飛行器的升力靠一對上下拍動并可旋轉的機翼提供。

現有技術中，撲旋翼設計都采用固定機翼面積的方案，在一定攻角下，盡管撲翼向下拍動時能夠產生可觀的正升力，但當撲翼向上拍動時也同樣產生了較大的負升力。上拍過程產生的機翼負升力，一方面減小了微型撲旋翼飛行器的平均升力，使飛行器有效負載較小，另一方面使得飛行器的部分輸出功率用于克服負升力，因而系統能量利用率低。

發明內容

本發明針對撲旋翼上拍產生的負升力使得撲旋翼平均升力較小、能量利用率低的問題，提出了一種采用開孔實現增升的撲旋翼。

一種采用開孔實現增升的撲旋翼包括撲旋翼，透氣孔和合頁。

撲旋翼包括主梁、短梁、斜梁和翼膜；主梁、短梁和斜梁各一個且共面，長度比例為9：4：7.5；其中短梁與主梁垂直，且垂直點位于主梁長度的10％處；垂直點的外側是主梁的外伸端；斜梁交于主梁和短梁的垂直點，與主梁夾角為30°。

翼膜粘在主梁、短梁及斜梁所構成的平面上；初始安裝時，梁結構在下，翼膜在上。

透氣孔為在翼膜上剪裁出的矩形孔，且一條長邊與翼膜前緣重合，透氣孔中心與翼根的展向距離r_p在0.25r～0.75r的范圍內；透氣孔長度l_p的取值范圍為0.19r～0.44r，r為撲旋翼的展長；透氣孔寬度b_p的取值范圍為0.25c～0.5c，c為撲旋翼的弦長。

合頁為矩形樹脂薄膜片，中心與透氣孔中心重合，且一條長邊與翼前緣重合并粘結在主梁上，其余邊自然貼合在翼膜上；合頁長度l_h≈1.25l_p，合頁寬度b_h≈1.40b_p；合頁位于翼膜下方、梁結構上方，通過改變合頁的厚度或者材料調節合頁的最大打開角度和響應時間；合頁3最大打開角度α_max在10°至20°之間，響應時間t_s為一個拍動周期的1/16至1/8。

一種采用開孔實現增升的撲旋翼，工作原理為：

當撲旋翼運動時，合頁受到周圍氣體的作用力與本身運動形成的慣性力，兩者合力的方向是周期性變化的。撲旋翼連續兩次到達拍動最高點之間為一個周期；當機翼向上運動時，合頁受向下的合力作用向下打開，機翼上表面的高壓氣流通過透氣孔流至下表面，進而降低機翼上下表面的壓力差，實現了負升力的卸載；

當機翼向下運動時，合頁受向上的合力作用貼合在機翼下表面，使得氣流無法通過透氣孔，因此保持拍動產生的正升力，進而提高平均升力和能量利用率。

本發明的優點在于：

(1)本發明一種采用開孔實現增升的撲旋翼，撲旋翼拍動時，合頁在方向周期性變化的合力驅動下被動響應，不斷交替的打開和閉合，在保持撲旋翼下拍產生正升力的基礎上，有效減小撲旋翼上拍時產生的負升力，使微型撲旋翼飛行器的平均升力得到提升，飛行器能量利用率提高。

(2)本發明中一種采用開孔實現增升的撲旋翼，通過控制透氣孔與合頁的幾何關系，利用翼膜限制合頁向上的運動，原理簡單。

(3)本發明中一種采用開孔實現增升的撲旋翼，不需要附加控制裝置，通過改變合頁的材料或厚度，實現對合頁最大打開角度和響應時間等變量的調節，在保持撲旋翼重量和重心基本不變的基礎上，對合頁的響應狀態進行有效控制。

(4)本發明中一種采用開孔實現增升的撲旋翼，結構設計簡潔，材料易得，加工方便。

附圖說明

圖1是本發明一種采用開孔實現增升的撲旋翼的簡化運動示意圖；

圖2是本發明一種采用開孔實現增升的撲旋翼下拍時的示意圖；

圖3是本發明一種采用開孔實現增升的撲旋翼上拍時的示意圖；

圖4是本發明三種不同厚度的合頁對最大打開角度和響應時間的影響比較圖。

圖中：