[實用新型]一種基于柔性鉸鏈的微型撲翼飛行器

有效

• 申請號: 201821666855.8
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN208963314U
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 李仕博;叢歆雨;楊博;章銳;楊鈺;王姝歆
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/00
• 分類號: B64C33/00;B64C33/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種基于柔性鉸鏈的微型撲翼飛行器，其特征是它包括機身（1）和電機（10），電機（10）固聯在機身（1）上，電機軸（11）和一號齒輪（4）同軸樞裝；二號大齒輪（6）和二號小齒輪（7）同軸并固聯；一號齒輪（4）和二號大齒輪（6）嚙合，二號小齒輪（7）和三號齒輪（8）嚙合，三號齒輪（8）和四號齒輪（9）嚙合，兩個連桿（12分別同軸樞裝在三號齒輪（8）和四號齒輪（9）上，搖桿（13）既和機身（1）樞裝也和連桿（12）樞裝；兩個搖桿（13）的外端分別和柔性鉸鏈（14）的一端相連；而翅膀（2）和柔性鉸鏈（14）的另一端相連。本實用新型結構簡單，重量輕，制造方便，通過柔性鉸鏈的被動變形使翅膀能有效的翻轉，解決了微型撲翼飛行器在低雷諾數下飛行的難題。

技術領域

本實用新型屬于一種飛行技術，尤其是一種仿生飛行技術，具體地說是一種一種基于柔性鉸鏈的微型撲翼飛行器。

背景技術

仿昆蟲微型飛行器是一種新概念微型飛行器，通常具有尺寸小，隱蔽性好和行動靈活等優點，仿生學和空氣動力學研究結果表明,對于翼展小于 15cm 的微型飛行器,撲翼飛行比固定翼和旋翼飛行更具優勢。在國內，仿昆蟲微型飛行器的研究近幾年才成為熱點。

目前，雖然微型飛行器具有獨特的優勢，但大部分研究仍處于實驗室研究階段，還沒有實現真正的獨立飛行，主要原因是小尺寸的飛行器在低雷諾數下難以產生足夠的升力和推進力。當飛行器撲翼至最低點時，漩渦脫落，升力降低，飛行器難以獲得持續、足夠的升力。空氣動力學研究表明，昆蟲能在低雷諾數下飛行，是因為“clap-fling”機制（Weis Fogh提出）、“延緩時速效應”和“尾流捕獲效應”。根據庫塔茹科夫斯基定理，針對從左至右的空氣來流（相當于飛行器從右往左飛行），當撲翼至最低點時，翅膀周圍需增加一個順時針的環量以維持升力。而獲得這個環流可以通過翅膀前緣向上翻轉獲得。但以往的微型撲翼機要么使用多連桿機械控制翅膀的翻轉，這樣既繁雜又笨重；要么增加多個舵機驅動翻轉，這樣既耗能又增大了體積。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有的仿昆蟲微型飛行器為在撲翼處于最低點獲得足夠的升力嘏使用多連桿機械控制或多舵機驅動翅膀翻轉而造成結構復雜和體積大，機身笨重的問題，設計一種利用柔性鉸鏈的被動變形使翅膀能有效的翻轉，制作方便的同時又減輕了質量的微型撲翼飛行器。

本實用新型的技術方案是：

一種基于柔性鉸鏈的微型撲翼飛行器，其特征是它包括機身1和電機10，電機10固聯在機身1上，電機軸11和一號齒輪4同軸樞裝，電機10的能量通過電機軸11輸出，并帶動一號齒輪4轉動；二號齒輪5由二號大齒輪6和二號小齒輪7組成，二號大齒輪6和二號小齒輪7同軸并固聯；一號齒輪4和二號大齒輪6嚙合，一號齒輪4轉動帶動二號大齒輪6和二號小齒輪7同角速度轉動；二號小齒輪7和三號齒輪8嚙合，二號小齒輪7轉動帶動三號齒輪8同角速度轉動；三號齒輪8和四號齒輪9嚙合，三號齒輪轉動8帶動四號齒輪9同角速度轉動；三號齒輪8和四號齒輪9都安裝在機身1上，在撲翼過程中各只有一個相對自由度；兩個連桿12分別同軸樞裝在三號齒輪8和四號齒輪9上，搖桿13既和機身1樞裝，也和連桿12樞裝；當三號齒輪8和四號齒輪9轉動時，兩個連桿12也跟著運動，進而帶動搖桿13擺動，從而實現撲翼過程；兩個搖桿13的外端分別和柔性鉸鏈14的一端相連；而翅膀2和柔性鉸鏈14的另一端相連；翅脈3分布于翅膀2中，起維持翅膀2外形的作用。

所述的翅膀2的材料為聚酯薄膜，翅脈3的材料為碳纖維。

所述的柔性鉸鏈14由柔性介質15和剛性介質16組成；柔性介質15的兩端與剛性介質16連接，一個剛性介質16與翅膀2相連，另一個剛性介質16與搖桿13相連。

所述的柔性介質15的材料為聚酰亞胺，剛性介質16的材料為碳纖維。

本實用新型的有益效果：

本實用新型結構簡單，重量輕，制造方便，通過柔性鉸鏈的被動變形使翅膀能有效的翻轉，解決了微型撲翼飛行器在低雷諾數下飛行的難題。