[發(fā)明專利]一種仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行設(shè)計的多撲翼微型飛行器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110039245.5
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112660372B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周超;谷滿倉;吳江浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行設(shè)計的多撲翼微型飛行器。該多撲翼微型飛行器是一種六撲翼布局形式，由機體和三對撲翼組成，其三對撲翼左右對稱、呈階梯狀布置在機體兩側(cè)，前方的各對撲翼翼尖與緊鄰后方撲翼的半展長位置平齊。模仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行，該飛行器在高空和高速飛行時，撲翼攻角固定進行滑翔飛行；而在需要高升力和高推力時，撲翼同相位傾斜拍動，以產(chǎn)生升力和推力。本發(fā)明一種仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行設(shè)計的多撲翼微型飛行器，有效利用前方撲翼產(chǎn)生的翼尖渦對后方撲翼的干擾作用，解決了傳統(tǒng)撲翼飛行器升力不足和氣動效率較低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器領(lǐng)域，具體來說，是一種仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行設(shè)計的多撲翼微型飛行器。

背景技術(shù)

自二十世紀九十年代以來，隨著傳統(tǒng)飛行器設(shè)計技術(shù)的不斷成熟和微電子技術(shù)的大幅進步，微型飛行器被提出并快速發(fā)展。微型飛行器由于具有體積小、重量輕和機動性強等特征，在國家安全和國民經(jīng)濟建設(shè)方面具有廣泛的應用前景，適用于復雜環(huán)境下的偵查、勘探和協(xié)助救援等工作。

同時，隨著人們對自然生物飛行的不斷探索，仿生學設(shè)計被越來越多的應用于微型飛行器領(lǐng)域，開始出現(xiàn)模仿生物飛行的撲翼微型飛行器。盡管現(xiàn)有大多數(shù)撲翼飛行器在布局形式上模仿生物翅，但大多數(shù)飛行器翼的升力效率低于生物翅。如何能有效提高撲翼飛行器的氣動效率對于其未來的實用化起著關(guān)鍵作用，也是眾多研究機構(gòu)研究的熱點問題之一。

過去設(shè)計的仿生撲翼微型飛行器通常僅有一對翼，翼高升力產(chǎn)生主要利用了翼拍動的非定常延遲失速機制和打開合攏機制。事實上，自然界中還存在其它類型的翼運動形式，這其中的流動機理可以應用在飛行器設(shè)計中用來提高翼的氣動效率，其中一種便是自然界中雁陣飛行。通過對自然界中大雁遷徙行為觀察發(fā)現(xiàn)，大雁遷徙時結(jié)隊飛行時呈現(xiàn)人字形，后面的大雁可以充分利用頭雁飛行產(chǎn)生的渦實現(xiàn)低耗能飛行。此外，大雁在飛行時也并非始終在拍動翅膀，當來流速度快或者飛行高度較高時，大雁和其他鳥類一樣也會固定翅膀進行滑翔以減少能量消耗。受此啟發(fā)，如果在仿生撲翼微型飛行器中，增加撲翼數(shù)量并合理布置多對撲翼位置，使得多對撲翼在拍動時能夠利用雁陣飛行的省能飛行原理，并在高速時能夠固定滑翔，這樣的設(shè)計是勢必可以顯著提升多撲翼微型飛行器的氣動性能。

發(fā)明內(nèi)容

受雁陣飛行的省功飛行原理啟發(fā)，本發(fā)明設(shè)計了一種多撲翼微型飛行器，解決傳統(tǒng)微型飛行器升力不足和氣動效率低的問題。

本發(fā)明一種仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行設(shè)計的多撲翼微型飛行器，為六撲翼布局形式，由機體和三對撲翼組成。

所述機體通過3D打印整體成型，為左右對稱結(jié)構(gòu)，用于固定三對撲翼并布置拍動運動系統(tǒng)、撲翼姿態(tài)鎖緊機構(gòu)和撲翼運動控制系統(tǒng)。其中，拍動運動系統(tǒng)用于驅(qū)動三對撲翼同相位拍動，鎖緊機構(gòu)用于滑翔時固定撲翼姿態(tài)，撲翼運動控制系統(tǒng)用于改變翼的運動狀態(tài)，實現(xiàn)飛行器在滑翔和高推力/高升力狀態(tài)間的切換，與此同時，在飛行過程中通過控制分別改變前后翼、左右翼的姿態(tài)進行縱向和橫行向飛行控制。

第一撲翼、第三撲翼、第五撲翼位于所述機體右側(cè)，第二撲翼、第四撲翼、第六撲翼分別與所述第一撲翼、第三撲翼、第五撲翼關(guān)于所述機體的軸線呈左右對稱，布置在所述機體左側(cè)；所述第一撲翼、所述第二撲翼位于所述機體最前端，所述第三撲翼、所述第四撲翼位于所述機體中間，所述第五撲翼、所述第六撲翼位于所述機體最后端。

所述三對撲翼左右對稱、前后縱列布置在機體兩側(cè)，三對撲翼的翼根呈階梯狀排列，后方的一對撲翼其展向中部位置與前方緊鄰的一對撲翼翼尖位置對齊。所述三對撲翼均傾斜拍動，上下拍結(jié)束時翼前緣構(gòu)成的拍動平面與豎直平面呈60°-70°，以同時產(chǎn)生升力和推力。

本發(fā)明一種仿大雁結(jié)陣和滑翔飛行設(shè)計的多撲翼微型飛行器，在高空或高速飛行時，三對撲翼呈滑翔姿態(tài)，此時六個撲翼均停止拍動，撲翼的攻角固定為20°-30°(攻角定義為撲翼平面與水平面之間的夾角)滑翔飛行，這類似于大雁滑翔，此時飛行器不需額外的能量輸入同時能夠兼顧高氣動效率。