[發明專利]翼片自適應轉動擺動式變傾角撲翼裝置及撲翼方法

有效

• 申請號: 201910651444.4
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110294119B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 華洪良;盛松梅;吳佳芬;邱明;費金陵;廖振強;胡幼謙
• 申請（專利權）人: 蘇州高博軟件技術職業學院;蘇州金圭谷智能科技有限公司
• 主分類號: B64C33/00
• 分類號: B64C33/00;B64C33/02;B64C3/18;B64C3/38;B64C1/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 鄭越

本發明涉及撲翼型飛行器和飛行機器人領域，特別是一種用于無人機的翼片自適應轉動擺動式變傾角撲翼及方法。包括撲翼、擺動軸和連接件，撲翼連接在連接件上且可相對轉動，連接件連接在擺動軸上且可相對轉動，擺動軸設置在飛行器上，撲翼包括撲翼框架，以及安裝在撲翼框架內的可轉動的翼片，撲翼框架內還設置有扭簧用于翼片的復位。本發明與現有技術相比，具有復位行程阻力小、工作行程推力大且穩定、氣動效率高、能同時調節升力和推力、裝置結構較簡單、制造方便的特點，可廣泛應用于低雷諾數飛行的各類小型飛行器和無人機中。

技術領域

本發明涉及撲翼型飛行器和飛行機器人領域，特別是一種用于無人機的翼片自適應轉動擺動式變傾角撲翼及方法。

背景技術

飛行器飛行方式有固定翼、旋翼和撲翼三種飛行類型，其中撲翼飛行是自然界飛行生物采用的飛行方式，主要利用雙翅的上下撲動同時產生升力和推力，其主要特點是將舉升、懸停和推進功能基于一體，同時具有很強的機動性和靈活性，更適合于執行繞過障礙物等的飛行。對于小尺寸和低速飛行狀態的飛行器，屬于低雷諾數下飛行，撲翼產生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；從推力方面來看，撲翼推進效率比螺旋槳推進效率高。

目前撲翼飛行器研究主要集中在模擬大自然中飛行生物的飛行姿態設計各種撲翼機構。撲翼驅動機構劃可以分為多自由度撲翼驅動機構與單自由度撲翼驅動機構，前者能實現復雜的運動形式，但機構相對龐大復雜，后者驅動機構只需要實現拍打運動，通過固定機翼的后緣形成一個隨機翼拍打而變化的迎角來實現扭轉運動。

但這些撲翼機構的共同問題是總體氣動效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飛行器。撲翼飛行器總體效率低下的主要原因是目前研究中大多是簡單的仿造鳥類或昆蟲翅膀的外形和撲動運動，卻很難實現飛行生物撲翼上下撲動過程中利用翼翅自身姿態和結構的改變減小空氣阻力并產生非定常氣動力，由此產生的氣動效率較低問題嚴重制約了撲翼式飛行器的普及應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種非常顯著的減小撲翼型飛行器撲翼復位過程阻力、提升氣動效率、升力和推力可調的翼片自適應轉動擺動式變傾角撲翼裝置及撲翼方法，以解決現有技術中存在的上述問題。

實現本發明目的的技術解決方案是：提供一種翼片自適應轉動擺動式變傾角撲翼裝置，包括撲翼、擺動軸和連接件，所述撲翼連接在所述連接件上且可相對轉動，所述連接件連接在所述擺動軸上且可相對轉動，所述擺動軸設置在飛行器上，所述撲翼包括撲翼框架，以及安裝在所述撲翼框架內的可轉動的翼片，所述撲翼框架內還設置有用于所述翼片的復位的扭簧。

進一步的是，所述撲翼框架上設置有翼片安裝孔、翼片限位梁和撲翼轉軸，所述翼片包括相對設置的翼片迎風面、翼片背風面以及設置在所述翼片上的翼片轉軸，所述連接件設置有擺動軸孔和撲翼轉軸孔，所述擺動軸孔的軸線與所述撲翼轉軸孔的軸線垂直，所述擺動軸插裝在所述擺動軸孔內且可轉動，所述撲翼轉軸插裝在所述撲翼轉軸孔內且可轉動；所述翼片轉軸插裝在所述翼片安裝孔內且可轉動，所述扭簧套裝在所述翼片轉軸上，所述扭簧兩端分別靠近所述撲翼框架和所述翼片迎風面設置；當所述扭簧處于壓縮狀態，所述翼片背風面靠近所述翼片限位梁。

進一步的是，還包括用于驅動所述連接件運動的傳動裝置，所述傳動裝置包括連桿、曲柄、傳動軸，所述連接件上設置有第一銷軸孔，所述第一銷軸孔的軸線與所述擺動軸孔的軸線平行；所述連桿上設置有第一連桿孔和第二連桿孔，所述曲柄上有第一曲柄孔和第二曲柄孔；還包括第一銷軸和第二銷軸，所述連接件和所述連桿通過第一銷軸連接所述第一銷軸孔和所述第一連桿孔，所述連桿和所述曲柄通過第二銷軸連接所述第二連桿孔和所述第一曲柄孔；還包括第二減速器，所述傳動軸連接所述第二曲柄孔和設置在飛行器上的所述第二減速器。

進一步的是，所述第一連桿孔的軸線和所述第二連桿孔的軸線平行，所述第一曲柄孔的軸線和所述第二曲柄孔的軸線平行；所述第一連桿孔的軸線和所述第二連桿孔的軸線之間的距離大于所述第一曲柄孔的軸線和所述第二曲柄孔的軸線之間的距離。