[發明專利]一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼及制備方法

在審

• 申請號: 202210462205.6
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114802744A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 吳江浩;盛世杰;白江波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02;B64F5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的設計方案：一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼是一種由翼膜、套筒、翼脈和用于固定翼的膠帶構成的翼，與目前的微型撲翼飛行器使用的翼的設計方案的區別在于設計了套筒內部的螺旋結構。一種用于微型撲翼飛行器的翼具有氣動性能好、消耗功率低、可設計性強、可以通過彈性變形吸收碰撞過程中的能量保護自身不被破壞并繼續產生升力的特點。一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，它有五個步驟，制備方法操作簡單，加工一致性好，具有非常好的工程應用價值。

技術領域

本發明提供一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼及制備方法，屬于飛行器設計制造領域。

背景技術

微型撲翼飛行器的翼主要由翼膜、翼脈和套筒三部分組成，其中翼膜的功能是在翼的撲動過程中提供升力，并將其自身在撲動過程中受到的氣動載荷和慣性載荷傳遞給翼脈；翼脈的功能是承受來自翼膜傳遞的氣動載荷、慣性載荷和翼脈自身受到的慣性載荷，此外翼脈還具有提高翼的強度、壽命和氣動性能的作用；套筒的功能是將翼安裝在微型撲翼飛行器上，同時使翼的撲動過程更加靈活，提高翼的氣動性能。

目前的微型撲翼飛行器的撲動機構的左右兩側分別安裝一根與翼展等長的圓柱桿，當撲動機構運動時帶動左右兩側的圓柱桿產生往復的撲動運動；用圓柱桿穿過翼的套筒就能把翼安裝在微型撲翼飛行器上；由于圓柱桿具有很高的彎曲剛度，在翼的撲動過程中圓柱桿能支撐翼的結構，使翼的展向不發生明顯的彎曲變形。翼的撲動過程是往復的周期性運動，因此需要頻繁地改變撲動方向，在翼改變撲動方向的過程中，由于翼受到的慣性載荷遠大于氣動載荷，加之翼的套筒與圓柱桿共同構成了轉動副，因此翼會繞著圓柱桿轉動，相關的研究表明翼在撲動過程中繞著這根用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿轉動的過程越靈活，翼的氣動性能越好。目前翼的套筒的制備方法為：在裁剪翼膜時，在翼膜的前緣的外側預留出一個長度與翼展相同的矩形區域；在翼膜的前緣的預留區域的外側邊緣涂抹膠粘劑，再將預留區域翻折并與翼膜粘貼，形成套筒結構。

目前翼的套筒的設計方案和制備方法簡單可行，但仍然存在一些不足之處和改進空間：

①在套筒的制備過程中需要人工涂抹膠粘劑，膠粘劑的用量難以控制且難以涂抹均勻，導致套筒的加工一致性差，對翼的一致性產生嚴重影響；

②由翼膜構成的套筒與用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿之間的接觸面積大，導致翼在繞著用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿轉動的過程中受到很大的摩擦力，阻礙了翼在撲動過程中的轉動過程，降低了翼的氣動性能；

③用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿的質量與翼的質量的量級相同，因此必須消耗部分功率驅動用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿運動，降低了微型撲翼飛行器的續航時間；

④自然界中的昆蟲翼在撲動過程中如果與障礙物碰撞，昆蟲翼可以通過顯著的彈性變形吸收碰撞過程中的能量來防止翼被破壞，碰撞后昆蟲翼馬上釋放吸收的能量，能夠迅速恢復原本的形狀并繼續產生升力。但由于目前的微型撲翼飛行器的翼的套筒中插入了用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿，翼的剛度增大，因此翼與障礙物碰撞時不會發生明顯的變形，導致翼在短時間承受碰撞的能量，容易被破壞。

因此，本發明提供一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼及制備方法，這種翼具有氣動性能好，消耗功率低，可以通過彈性變形吸收碰撞過程中的能量防止翼被破壞的特點，一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法操作簡單，具有很好的加工一致性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼及制備方法，以解決目前的微型撲翼飛行器的翼的套筒的加工一致性差、在撲動過程中轉動不靈活、安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿消耗的功率高、翼不能在遇到碰撞時通過彈性變形保護自身的問題。

本發明采用的技術方案如下：