[發明專利]一種高效撲翼飛行器用大尺度高效撲動翼

在審

• 申請號: 202211431190.3
• 申請日: 2022-11-14
• 公開（公告）號: CN115743539A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 朱志超;薛棟;孟瑞;宣建林;張旺旺;翟晨光
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 河北中科律政知識產權代理事務所(普通合伙) 13182
• 代理人: 嚴加亮

本發明公開了一種高效撲翼飛行器用大尺度高效撲動翼，屬于撲翼飛行器技術領域。包括蒙皮和撲動翼結構骨架，撲動翼骨架主要由主梁，斜梁和多個翼肋梁連接組成；大尺度高效撲動翼由撲動翼內側升力區和撲動翼外側推力區組成，撲動翼內側升力區與撲動翼外側推力區由其中一個翼肋梁隔離開，夾角由前至后向撲動翼外側傾斜，其長度為32％～33％半翼展長度；位于區域隔離翼肋梁內側部分為撲動翼內側升力區，位于區域隔離翼肋梁外側部分為撲動翼外側推力區；撲動翼內側升力區后緣的圓弧形與所述撲動翼外側推力區后緣的圓弧形相切，撲動翼外側推力區后緣與撲動翼內側升力區后緣的部分或全部使用碳絲描邊。本發明可以改善撲翼飛行器的氣動性能。

技術領域

本發明涉及撲翼飛行器技術領域。

背景技術

撲翼飛行器是一種依靠撲動翼撲動產生升力和推力的仿生飛行器，具有隱蔽性好，飛行效率高的特點，受到了國內外的廣泛關注，在軍事和民用領域具有廣闊的應用前景。

在撲翼飛行器飛行時，撲動翼產生升力和推力，盡管現有的撲動翼設計結構各有不同，但單段式柔性薄膜撲動翼因其具有結構簡單、重量輕、對驅動系統要求低等優點，被大量撲翼飛行器所采用，通過大量飛行實驗證明，這種結構形式的撲動翼是目前最接近實用化的構型。

在雙翼撲動機構的驅動下，撲動翼進行撲翼運動，由于撲動翼內側部分撲翼運動幅度較小，幾何變形幅度較小，該區域水平投影面積較大，升力面面積大，因此主要產生向上的升力；撲動翼外側部分運動幅度較大，由于撲動翼采用蒙皮柔性材料，外側翼肋為懸臂梁結構，幾何變形幅度較大，在保持上下撲動的同時還會產生弦向變形，加速前進方向氣流速度，從而產生前進的推力，因此撲動翼在進行撲翼運動過程中，從功能上區分，撲動翼由幾何變形幅度較小的撲動翼內側升力區和幾何變形幅度較大的撲動翼外側推力區組成，設計一款具有優異性能的機翼對高性能撲翼飛行器至關重要。目前常見的撲翼飛行器大多數為微小尺度的撲翼飛行器，大尺度并能有較大負載能力的撲翼飛行器較為少見，原因在于目前的大尺度撲動翼氣動效率低、功耗大，導致撲翼飛行器無法實現較長時間的飛行。

撲動翼需要有較大的承載能力和剛度，以發揮承受和傳遞氣動載荷的作用。機翼蒙皮承受空氣動力后再將作用力傳遞到相連的撲動翼結構骨架上。

針對目前的大尺度撲動翼存在氣動效率低、功耗大的問題，發明人進行了大量的研究實驗，發明人通過對大尺度撲動翼撲動過程中的高速攝像觀察發現，對于大尺度柔性撲動翼，翼肋間距擴大且由于機翼梢部為外凸的圓弧平面形狀，導致機翼蒙皮在撲動過程中會承受較大氣動載荷和發生非線性的幾何變形(即，撲動翼外側推力區后緣會產生不規則的抖動現象)，此種現象會任意方向地對氣流進行加速，相較于線性幾何變形會減弱對于前進方向氣流的加速效應，此種蒙皮外端發生非線性幾何變形的現象會顯著減小機翼在下撲過程中的附著渦體積，使其發生耗散，使得升力系數C_L和推力系數C_T減小，且一定程度上減小了升力面的面積，即S減小，進而損害升力和推力，通過理論計算驗證：

C_L＝L/0.5×ρv²S (1)

C_T＝T/0.5×ρv²S (2)

式中：C_L和C_T分別是升力系數和推力系數，L是升力，ρ是空氣密度，v是前飛速度，S是機翼面積。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高效撲翼飛行器用大尺度高效撲動翼，以改善撲翼飛行器的氣動性能和存儲攜帶的空間。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：