[發(fā)明專利]一種用于撲旋翼飛行器的全動舵面

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910332077.1
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110104177B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李道春;向錦武;王子瑜;董鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B64C39/00
• 分類號: B64C39/00;B64C9/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發(fā)明公開了一種用于撲旋翼飛行器的全動舵面，屬于飛行器設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。所述全動舵面包括架體、大舵面、小舵面和舵機(jī)。所述架體用于安裝三個舵機(jī)，兩側(cè)兩個舵機(jī)同架體主體平行，中部舵機(jī)垂直插入架體中部；大舵面安裝于中間舵機(jī)的舵臂上；兩片小舵面安裝于兩側(cè)舵機(jī)的舵臂上；舵機(jī)用于接收控制指令轉(zhuǎn)動舵臂驅(qū)動大舵面和兩個小舵面轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)操縱控制。本發(fā)明的全動舵面實現(xiàn)撲旋翼飛行器前飛、側(cè)飛及轉(zhuǎn)向功能控制。本發(fā)明取消了安定面，并通過設(shè)計使三個舵面排布緊密，充分利用撲旋翼的尾流，在提升操縱效果的同時降低了整體高度，減少了零件數(shù)量，重量更輕、整體高度更低；使得撲旋翼飛行器的舵面響應(yīng)速度快，操縱效果好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于撲旋翼飛行器的全動舵面。

背景技術(shù)

現(xiàn)今微型飛行器發(fā)展迅猛，其體積小、質(zhì)量輕、機(jī)動靈活，未來應(yīng)用前景廣闊。現(xiàn)如今 的微型飛行器主要被劃分為三種構(gòu)型：微型固定翼飛行器、微型旋翼飛行器與微型撲翼飛行 器。這其中，微型固定翼飛行器研究開始較早，其優(yōu)勢在于巡航半徑大、航速也較快。但其 起降需占用一定空間，舵面控制方式也限制了其靈活性的提高。微型旋翼飛行器方面的研究 最為豐富，其相較于固定翼飛行器，其優(yōu)勢在于可在較小的空間內(nèi)完成垂直起降和懸停，靈 活性也較強(qiáng)。但旋翼飛行器飛行方式所固有的旋翼反扭力矩，需要使用尾槳或增加旋翼數(shù)量 的方式來抵消，導(dǎo)致整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大且氣動效率低。微型撲翼飛行器則是靠模仿鳥類 或昆蟲撲翼飛行運(yùn)動形式，通過翼面撲動產(chǎn)生升力的飛行器，其在低雷諾數(shù)下產(chǎn)生升力優(yōu)勢 明顯，是微型飛行器的理想構(gòu)型。但是其運(yùn)動形式較為復(fù)雜，同時受到材料性能、加工工藝、 控制集成等方面的限制。

在此背景下，一種結(jié)合了撲翼和旋翼的新概念飛行器，微型撲旋翼飛行器，進(jìn)入了人們 的視野。微型撲旋翼飛行器通過一定的驅(qū)動形式使幾片旋向安裝的機(jī)翼撲動，機(jī)翼向上撲動 產(chǎn)生推力讓機(jī)翼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，機(jī)翼向下?lián)鋭赢a(chǎn)生的升力和翼面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的升力共同帶動飛 行器飛行。由于機(jī)翼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并非為主動運(yùn)動，因而沒有常規(guī)動力旋翼的反扭力矩，所以不 需要額外的尾槳或旋翼來抵消，進(jìn)而減少了能量消耗。微型撲旋翼飛行器具備垂直起降懸停、 低速靈活飛行的能力，具有良好的應(yīng)用前景。

目前存在的撲旋翼，如專利公開號為CN 105539839 A的中國專利申請在2015年12月30日 公開的“一種微型機(jī)械滑軌式可控?fù)湫盹w行器”，中提出的撲旋翼飛行器的形式，存在著舵 面控制機(jī)構(gòu)偏高、氣動效率偏低、響應(yīng)速度偏慢等問題。而且對于微型撲旋翼飛行器來說， 需要一種舵面盡可能貼近翼面以充分利用撲旋翼的尾流，快速響應(yīng)控制指令，有益于提高撲 旋翼飛行器的機(jī)動性能，并且能進(jìn)一步減小其整體尺寸，更有利于飛行器微型化的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中撲旋翼飛行器存在的問題，本發(fā)明提供一種用于撲旋翼飛行器的全 動舵面，所述全動舵面包括架體、大舵面、小舵面和舵機(jī)。所述架體用于安裝三個舵機(jī)，兩 側(cè)兩個舵機(jī)同架體主體平行，中部舵機(jī)垂直插入架體中部；大舵面安裝于中間舵機(jī)的舵臂上； 兩片小舵面安裝于兩側(cè)舵機(jī)的舵臂上；舵機(jī)用于接收控制指令轉(zhuǎn)動舵臂驅(qū)動大舵面和兩個小 舵面轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)操縱控制。

所述架體為碳纖維板零件拼接而成，采用獨(dú)特的框架結(jié)構(gòu)以安裝三個舵機(jī)，同時為保證 大舵面在正負(fù)30°范圍內(nèi)靈活運(yùn)動布置有扇形框架。

所述大舵面分為大舵面框架和薄膜組成，大舵面框架用碳纖維板切割而成；薄膜裁剪成 相應(yīng)形狀，粘接在大舵面框架上。

所述小舵面分為小舵面框架和薄膜組成，小舵面框架用碳纖維板切割而成；薄膜裁剪成 相應(yīng)形狀，粘接在小舵面框架上。

所述舵機(jī)分為舵機(jī)本體和舵臂組成，舵臂粘接在舵機(jī)本體伸出的齒輪上。

本發(fā)明提供的全動舵面實現(xiàn)撲旋翼飛行器前飛、側(cè)飛及轉(zhuǎn)向功能的具體操作方式如下：