[發明專利]仿生獨角仙撲翼飛行器及控制撲翼飛行器方法

有效

• 申請號: 202210009134.4
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114537659B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 孫霽宇;宋發;劉曉峰;許諾;閆永為;李鵬鵬;張俊峰;朱昊辰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 吉林省中玖專利代理有限公司 22219
• 代理人: 姜姍姍

本發明涉及仿生獨角仙撲翼飛行器及控制撲翼飛行器方法，通過觀察高速攝像機所記錄的獨角仙的飛行過程，發現獨角仙的雙翅在撲動過程中會有撲動、擺動和扭轉三個自由度，在這三種運動形式下，其雙翅翅尖在空中的運動軌跡為“8”字形，“8”字形尾跡運動方式可以優化氣動特性減少能耗。本發明是基于獨角仙的飛行特性和氣動理論，提供一種仿生獨角仙撲翼飛行器，使撲翼在飛行過程中實現撲動、擺動和扭轉三個自由度運動，并相互影響實現仿生翼翼尖“8”字形軌跡的運動方式。

技術領域

本發明屬于微型飛行器設計和制造技術領域，具體涉及一種仿生獨角仙撲翼飛行器及控制撲翼飛行器方法。

背景技術

微型飛行器由于其體積小、靈敏性強、隱蔽性好、便于攜帶等優點，被認為是未來戰場上的重要偵察和攻擊武器，其中撲翼飛行器由于其良好的氣動特性等優點，逐漸成為微型飛行器研究領域的新熱點，且具有良好的應用前景和發展空間。

目前的撲翼飛行器機翼主要為一個或兩個自由度，通過電機帶動齒輪上的曲柄搖桿機構來實現撲動，無法實現“8”字形尾跡的運動方式，導致其氣動特性不佳，不能夠形成足夠的升力，并且過多的齒輪傳動造成了噪音、振動、能耗等一系列新問題。

發明內容

通過觀察高速攝像機所記錄的獨角仙的飛行過程，發現獨角仙的雙翅在撲動過程中會有撲動、擺動和扭轉三個自由度，在這三種運動形式下，其雙翅翅尖在空中的運動軌跡為“8”字形，“8”字形尾跡運動方式可以優化氣動特性減少能耗。

本發明是基于獨角仙的飛行特性和氣動理論，提供一種仿生獨角仙撲翼飛行器，使撲翼在飛行過程中實現撲動、擺動和扭轉三個自由度運動，并相互影響實現仿生翼翼尖“8”字形軌跡的運動方式。

本發明實現仿生翼翼尖“8”字形軌跡的技術方案如下：

一種仿生獨角仙撲翼飛行器，包括傳動機構A、機身C和仿生翼，所述仿生翼包括左仿生翼B和右仿生翼D，其中所述左仿生翼B和右仿生翼D是關于機身C中心線a-a的對稱結構，所述傳動機構A包括設置在機身C的頭部的齒輪傳動組件、動力源、雙節萬向節聯軸器16；所述齒輪傳動組件包括從動齒輪組件和主動齒輪組件8，從動齒輪組件為左齒輪組件7和右齒輪組件9，左齒輪組件7和右齒輪組件9沿所述機身中心線對稱布置且在配合側相互嚙合，主動齒輪組件8與左齒輪組件7或右齒輪組件9在配合側相互嚙合；所述雙節萬向節聯軸器16的中心點位于機身中心線上，雙節萬向節聯軸器16的兩端通過左搖桿組6和右搖桿組10連接在仿生翼上；雙節萬向節聯軸器16的兩節分別與左齒輪組件7的左齒輪軸7b和右齒輪組件9的右齒輪軸9b下端連接，雙節萬向節聯軸器16的兩節可在一定角度范圍內上下運動，所述動力源包括第一動力源和第二動力源，所述第一動力源帶動主動齒輪組件8中的主動齒輪8a旋轉運動和帶動仿生翼撲動，第一動力源為仿生翼提供撲動和擺動動力，同時也為和第二動力源共同為仿生翼進行扭轉運動提供動力，所述第二動力源帶動萬向節聯軸器16的中心點處以機身中心線垂線為軸扭轉運動。

作為本發明更優的技術方案：所述第一動力源為固定連接在機身頭部的氣缸21及被氣缸21通過曲柄搖桿機構驅動的凸輪17，所述氣缸21的活塞桿22與機身中心線垂直，所述的凸輪17驅動主動齒輪組件8的絲桿8b上下移動。

作為本發明更優的技術方案：所述的曲柄搖桿機構包括中部曲柄18和搖桿19，活塞桿22的頂部中心位置與中部曲柄18的一端可轉動連接，中部曲柄18的另一端與搖桿19一端可轉動連接，搖桿的另一端與凸輪17可轉動連接，所述凸輪17邊緣與主動齒輪組件8的絲桿8b端部抵靠。

作為本發明更優的技術方案：所述第二動力源為電磁繼電器23，雙節萬向節聯軸器16的中心點處的磁性球頭16d與電磁繼電器23的上、下兩端的磁力連接，以使雙節萬向節聯軸器16發生扭轉，其最大扭轉角度為60°。