[發(fā)明專利]一種微型雙撲翼飛行器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010783413.7
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112009683B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張艷來;趙國棟;吳江浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02;G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種微型雙撲翼飛行器，包括一個中間連接結(jié)構(gòu)、一個姿態(tài)控制舵機(jī)、一個翼根位置控制機(jī)構(gòu)和前后兩個完全相同的撲翼系統(tǒng)，其特征在于：

所述中間連接結(jié)構(gòu)為立體結(jié)構(gòu)，所述立體結(jié)構(gòu)上部前后兩端開有兩個底座安裝孔，用于固定兩個所述撲翼系統(tǒng)的底座，以將兩套撲翼系統(tǒng)組合為一個整體；所述立體結(jié)構(gòu)下部設(shè)有姿態(tài)控制舵機(jī)底座，以便安裝所述姿態(tài)控制舵機(jī)；

所述撲翼系統(tǒng)包括空心杯電機(jī)、底座、減速齒輪組、拍動角放大機(jī)構(gòu)及撲翼；所述底座下端安裝所述空心杯電機(jī)，中部安裝所述減速齒輪組，上端安裝所述拍動角放大機(jī)構(gòu)及撲翼；

所述減速齒輪組包括主軸齒輪、雙層齒輪和大齒輪；所述主軸齒輪安裝在所述空心杯電機(jī)的輸出軸上，所述大齒輪和所述雙層齒輪安裝在所述底座上，所述雙層齒輪上下層齒輪分別與所述主軸齒輪和所述大齒輪嚙合；

所述拍動角放大機(jī)構(gòu)為曲柄-連桿機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動連桿、兩個Z型連桿、兩個圓弧連桿和兩個搖桿并安裝在底座上；

所述撲翼由翼膜、主翼?xiàng)U、輔翼?xiàng)U及翼根桿組成；所述翼膜為柔性薄膜，所述主翼?xiàng)U與所述翼膜前緣粘連，所述輔翼?xiàng)U粘連在所述翼膜上并與所述主翼?xiàng)U呈30°；所述翼膜平鋪狀態(tài)下翼根桿與翼膜左側(cè)粘連且與所述翼膜前緣呈110°-120°；所述撲翼安裝之后，所述翼根桿與所述主翼?xiàng)U垂直，以便使所述翼膜在安裝后松弛；通過改變所述翼根桿的前后左右位置改變所述翼膜的張緊程度，進(jìn)而改變上下拍攻角產(chǎn)生不同的氣動力和氣動力矩；

所述翼根位置控制機(jī)構(gòu)呈H形，四個端點(diǎn)設(shè)翼根桿定位孔約束翼根桿，中間梁設(shè)舵機(jī)臂連接槽；所述姿態(tài)控制舵機(jī)為微小型大扭矩旋轉(zhuǎn)舵機(jī)，安裝在所述中間連接結(jié)構(gòu)的下部，舵機(jī)臂一端固連一鉚釘；飛行控制時所述舵機(jī)臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使其端部的所述鉚釘產(chǎn)生圓弧運(yùn)動軌跡，所述鉚釘在所述舵機(jī)臂連接槽內(nèi)前后滑動，帶動所述翼根位置控制機(jī)構(gòu)左右移動，從而實(shí)現(xiàn)將所述姿態(tài)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為所述翼根位置控制機(jī)構(gòu)的左右平移，進(jìn)而改變所述翼根桿左右位置，實(shí)現(xiàn)對所述撲翼變形的控制從而獲得氣動控制力矩；

所述底座經(jīng)3D打印整體成型，為左右對稱結(jié)構(gòu)；所述底座最下端設(shè)有內(nèi)徑稍小于所述空心杯電機(jī)外徑的空心杯電機(jī)安裝孔，用于以過盈配合方式安裝所述空心杯電機(jī)且便于更換；所述底座中部設(shè)置三個中間安裝孔，用于對所述減速齒輪組進(jìn)行安裝定位；所述底座的上緣設(shè)置兩個Z型連桿安裝孔和兩個搖桿安裝孔，用于安裝所述拍動角放大機(jī)構(gòu)的Z型連桿和搖桿；所述底座對稱軸的上半部分設(shè)置一個頂部滑槽，限制所述拍動角放大機(jī)構(gòu)的滑塊在其中水平前后滑動；

所述空心杯電機(jī)輸出的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過所述主軸齒輪相繼帶動所述雙層齒輪和所述大齒輪實(shí)現(xiàn)減速；所述大齒輪上設(shè)驅(qū)動連桿安裝孔用于安裝所述拍動角放大機(jī)構(gòu)的驅(qū)動連桿；

所述拍動角放大機(jī)構(gòu)的驅(qū)動連桿兩端設(shè)置兩個驅(qū)動連桿連接孔；所述Z型連桿兩端設(shè)有Z型連桿連接孔和Z型連桿連接槽，中間設(shè)有Z型連桿中間孔；所述圓弧連桿兩端設(shè)置兩個圓弧連桿連接孔；所述搖桿一端設(shè)置搖桿連接孔，另一端沿軸向設(shè)置主翼?xiàng)U安裝孔，中間設(shè)置搖桿中間孔；第一驅(qū)動連桿連接孔與所述大齒輪上的所述驅(qū)動連桿安裝孔鉸接，形成曲柄，第二驅(qū)動連桿連接孔與兩個所述Z型連桿連接槽鉸接形成鉸接點(diǎn)，所述鉸接點(diǎn)被約束在所述底座頂部滑槽內(nèi)滑動；所述Z型連桿經(jīng)所述Z型連桿中間孔鉸接在所述底座的Z型連桿安裝孔，所述Z型連桿連接孔與第一所述圓弧連桿連接孔鉸接；第二所述圓弧連桿連接孔鉸接在所述搖桿中間孔；所述搖桿經(jīng)所述搖桿連接孔與所述底座上的所述搖桿安裝孔鉸接，所述主翼?xiàng)U安裝孔固連所述主翼?xiàng)U；所述拍動角放大機(jī)構(gòu)將所述驅(qū)動連桿的小幅度往復(fù)運(yùn)動放大成所述搖桿的大幅度擺動。

2.如權(quán)利要求1所述的微型雙撲翼飛行器，其特征在于，所述拍動角放大機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單翼拍動兩極限位置之間的角度設(shè)計為110°-120°，以充分應(yīng)用多翼拍動的“打開-合攏”高升力機(jī)制增加升力。

3.如權(quán)利要求1所述的微型雙撲翼飛行器，其特征在于，所述翼膜為柔性薄膜，采用聚乙烯材料做成，呈仿生撲翼狀。

4.如權(quán)利要求1所述的微型雙撲翼飛行器，其特征在于，所述撲翼在拍動過程中，所述主翼?xiàng)U帶動所述輔翼?xiàng)U和所述翼膜高頻往復(fù)拍動，所述輔翼?xiàng)U和所述翼膜在慣性力和氣動力的作用下發(fā)生變形，所述翼膜的最大變形受所述翼根桿位置的約束，使得上下拍中間時刻所述撲翼展向面積二階矩位置處的攻角在25°-35°之間。