[发明专利]一种可实现扑固翼结构转换的机电装置及飞行器

说明书

本发明公开了一种可实现扑固翼结构转换的机电装置及飞行器，包括驱动电机和控制系统，驱动电机通过传动装置驱动一个齿轮旋转，所述齿轮的通过两个曲柄驱动两个传动摇杆上下摆动，传动摇杆一端与所述的曲柄球面配合，另一端与滑动轴承球面配合，滑动轴承套设于机翼主翼梁；所述的机翼主翼梁与转动基座旋转配合，转动基座固定于机身主架上；在所述齿轮的端面上沿齿轮的圆周方向设有一圈滑槽，在所述的滑槽内设有配合孔，所述的控制系统控制固定轴与配合孔是否配合，用于在固定翼模式时，起到固定齿轮的作用。

技术领域

本发明属于仿生扑翼飞行器机电系统设计领域，涉及一种可实现扑固翼结构转换的机电装置及飞行器。

背景技术

自1932年美国西科斯基飞行器公司(Sikorsky Aircraft Corporation)所研制的世界上首架可实用旋翼机诞生以来，由于其具有垂直起降、空中悬停，以及良好机动性等优势，旋翼机在军用和民用领域得到了广泛应用，但也存在着飞行速度低、巡航里程短、噪声大，以及载重低等局限性。固定翼飞机虽然具有较高的巡航能力、较远的巡航里程，以及较大的载重量，但是其却不具备空中悬停能力，且需要修建专用的起降跑道，进而不仅增加了使用成本，更极大地限制了其应用领域。二战结束后的五六十年代，各国空军对战机垂直起降能力的需求虽然没有战时迫切，但各种预研垂直起降战机概念仍然层出不穷，除传统直升机以外，先后研发了基于旋翼、螺旋桨、涵道风扇、喷气动力等共四大类组合方式、十五种构型方案、四十五种型号成功试飞的垂直起降飞行器，但从仿生角度进行研发的扑翼和固定翼配合方式的飞行器构型方案依然没有成型。

根据大型飞鸟的飞翔过程，其一般分为起飞、巡航和降落3个阶段。其中起飞阶段和降落阶段，其翅膀运动特点表现为扑翼模式，即绕与飞行方向相同的拍打轴的角度扑动，优点在于借助扑翼系统用很小的能量完成举升、降落等运动模式，且非常适用于小场地起飞和降落；巡航阶段，其扑翼频率较小，翅膀运动特点一般表现为滑翔模式，即翅膀与飞行方向相同的拍打轴所成的角度基本不变，定义该角度为0°，翅膀姿态为平展状态，翼展面积达到最大，其运动姿态类似于固定翼模式，其优点在于飞行高效、运载能力强。

当前国内外针对大型飞鸟全飞行模式机制进行机构仿生的研究偏少，仅有的混合运动式仿生飞行器结构多为扑旋翼模式，即扑翼和旋翼相配合，该类飞行器仿生对象为飞虫和小型飞鸟，不适合用于对大型飞鸟的仿生研究。因此亟需设计一种扑固翼运动模式的飞行器，实现扑翼起飞、固定翼平飞和扑翼降落，以达到在小场地、复杂条件下快速起降，摆脱对专用起降跑道的依赖，同时在飞行阶段又兼具固定翼飞机的优势，效率高，巡航速度快以及载重大。扑固翼飞行器设计中，如何实现扑翼飞行模式和固定翼飞行模式间的平稳、准确转换是一个关键问题。

发明内容

本发明公开了一种可实现扑固翼结构转换的机电装置及飞行器，它针对如何实现扑固翼飞行器中扑翼飞行和固定翼飞行模式间平稳、准确转换的问题，提出了“扑翼驱动电机控制模块”与“固定轴孔配合模块”相配合的方案。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种可实现扑固翼结构转换的机电装置，包括驱动电机和控制系统，所述的驱动电机通过传动装置驱动一个齿轮旋转，所述齿轮的通过两个曲柄驱动两个传动摇杆上下摆动，所述的传动摇杆一端与所述的曲柄球面配合，另一端与滑动轴承球面配合，所述的滑动轴承套设于机翼主翼梁；所述的机翼主翼梁与转动基座旋转配合，转动基座固定于机身主架上；在所述齿轮的端面上沿齿轮的圆周方向设有一圈滑槽，在所述的滑槽内设有配合孔，所述控制系统与固定轴相连；所述的控制系统控制驱动电机以及固定轴与配合孔之间的配合，实现固定翼模式和扑翼模式之间的转换。

进一步的，所述的固定轴包括两个，每个固定轴包括两个呈一定角度连接的连杆I和连杆II，连杆I、连杆II的一端连接后的连接点设有一个连接轴，该连接轴与配合孔配合；而连杆I、连杆II的另一端分别通过转轴与步进电机相连。

进一步的，两个所述的固定轴对称的分布在齿轮两侧。