[發(fā)明專利]一種微型雙撲翼飛行器

有效

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• 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

本發(fā)明公開了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、一個翼根位置控制機構(gòu)和前后兩個完全相同的撲翼系統(tǒng)。本發(fā)明微型雙撲翼飛行器，借助雙翼“打開?合攏”機制進一步增強了升力產(chǎn)生；通過改變電機轉(zhuǎn)速影響前后兩對翼拍動頻率，從而使兩對翼產(chǎn)生前后非對稱升力，進而產(chǎn)生俯仰控制力矩；通過一個姿態(tài)控制舵機控制翼根位置控制機構(gòu)改變兩組翼翼根桿位置，改變撲翼翼膜的張緊程度，導(dǎo)致左右翼產(chǎn)生不同的升力，產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)控制力矩。本發(fā)明除采用一個舵機控制兩組翼根，簡化控制機構(gòu)，降低控制難度，實現(xiàn)減重，節(jié)省資源外，還利用“打開?合攏”高升力機制實現(xiàn)氣動增升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微型飛行器領(lǐng)域，具體來說是一種微型雙撲翼飛行器。

背景技術(shù)

隨著上世紀(jì)末飛行器設(shè)計理念的不斷創(chuàng)新和微電子技術(shù)的大幅進步，微型飛行器被提出并快速發(fā)展。微型飛行器具有體積小、重量輕和機動性強等特征，適用于復(fù)雜環(huán)境下的偵查、勘探和協(xié)助救援等工作，應(yīng)用前景廣泛。仿生微型撲翼飛行器作為微型飛行器的一個重要分支，隨著仿生學(xué)設(shè)計的發(fā)展逐漸開始出現(xiàn)。撲翼微型飛行器依靠撲翼的往復(fù)拍動產(chǎn)生升力，通過對撲翼拍動過程的細微控制產(chǎn)生控制力矩,其可在低雷諾數(shù)下保持較高的氣動效率及靈敏的機動性，具備垂直起降、懸停等飛行能力。

仿昆蟲撲翼飛行器模仿自然界中的蜂、蠅等飛行生物，大多具有一對翅膀，其升力、控制力矩均依靠僅有的一對翼產(chǎn)生，這導(dǎo)致這類飛行器普遍存在升力不足、控制舵效較低、控制方案復(fù)雜等問題。為解決上述問題，現(xiàn)今提出了微型雙撲翼飛行器，此類飛行器有前后兩對撲翼，翼數(shù)量的增加增大了升力，對前后兩對翼的整體控制進行力矩控制和姿態(tài)控制，降低了控制舵效和控制設(shè)計的難度。上述特征為研制大載荷微型飛行器提供了有效方案。

隨著微型雙撲翼飛行器研究的深入，當(dāng)前微型雙撲翼飛行器的性能仍有待優(yōu)化和提升，尤其在升力產(chǎn)生和控制系統(tǒng)設(shè)計上。當(dāng)前微型雙撲翼飛行器采用增加撲翼數(shù)量的方式實現(xiàn)了增升，但為避免多翼間干擾，各撲翼的拍動幅度大幅減小，這使得各撲翼產(chǎn)生的升力也有所降低，因此還需在飛行器上進一步探究應(yīng)用各類非定常高升力機制。另一方面，現(xiàn)有微型雙撲翼飛行器大多采用電機搭配三個舵機進行三自由度控制。每個舵機均需要安裝空間及配套的固定裝置，這增加了機構(gòu)的重量和復(fù)雜度，此外每個舵機各有一個控制變量，也需要飛控系統(tǒng)為其配套單獨的控制信號通道，這也使得控制律復(fù)雜，提高了設(shè)計的難度。為此，為進一步的改進和提升微型雙撲翼飛行器的飛行性能，仍應(yīng)研制具有更高升力產(chǎn)生能力、控制方案及控制率簡單的微型雙撲翼飛行器設(shè)計方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的微型雙撲翼飛行器存在的升力仍需提升、控制機構(gòu)和控制率仍需簡化等問題，發(fā)明了一種微型雙撲翼飛行器。該飛行器采用前后兩對撲翼產(chǎn)生升力，除傳統(tǒng)的翼拍動產(chǎn)生升力外，還充分利用雙翼“打開-合攏”效應(yīng)進一步提高升力；飛行器改過去兩個直線舵機控制滾轉(zhuǎn)的設(shè)計為由單個旋轉(zhuǎn)舵機一并控制前后兩對撲翼，進一步簡化控制機構(gòu)、節(jié)省控制資源，并減輕飛行器重量、延長續(xù)航時間。

所述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、一個翼根位置控制機構(gòu)和前后兩個完全相同的撲翼系統(tǒng)。

所述中間連接結(jié)構(gòu)為立體結(jié)構(gòu)，上部前后兩端開有兩個底座安裝孔，用于固定前后兩套所述撲翼系統(tǒng)的底座，以將所述兩套撲翼系統(tǒng)組合為一個整體；所述中間連接結(jié)構(gòu)下部設(shè)有姿態(tài)控制舵機底座，以便安裝所述姿態(tài)控制舵機。

所述撲翼系統(tǒng)包括空心杯電機、底座、減速齒輪組、拍動角放大機構(gòu)及撲翼。所述空心杯電機為大功率有刷電機。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外徑的空心杯電機安裝孔，用于以過盈配合方式安裝所述空心杯電機且便于更換；所述底座中部設(shè)置三個中間安裝孔，用于所述減速齒輪組的安裝定位；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構(gòu)的滑塊在其中水平前后滑動。