[发明专利]一种用于仿生蝴蝶扑翼飞行器的姿态调整装置

说明书

本发明公开了一种用于仿生蝴蝶扑翼飞行器的姿态调整装置，本发明装置包括至少2条IPMC材料、电极、高分子弹性聚合物薄膜、固定支架和IPMC控制器；每条IPMC材料与金属电极连接并采用高分子薄膜封装；将封装完成的材料进行堆叠并用薄膜封装；电极引出的导线与安装于飞行器头部的控制器相连接；整个姿态调整装置固定于飞行器支架的末端。本发明装置相比于现有的仿生蝴蝶扑翼飞行器的姿态调整结构，可以进行更大幅度的飞行姿态调整；本姿态调整器易于控制，只需要控制电压大小以及波形，即可满足对飞行器不同的控制要求，如控制俯仰角度、俯仰翻转的速度等；由于IPMC材料较为柔软，飞行器尾部的抗撞击能力也得到了明显提高。

技术领域

本发明涉及一种用于仿生蝴蝶扑翼飞行器的姿态调整装置，属于仿生蝴蝶扑翼飞行器设计技术领域。

背景技术

扑翼飞行器具有其独特的优点，在国防与民用领域有着重要且广泛的应用，对微型扑翼飞行器的研究已成为当今航空领域研究的热点。随着对仿生飞行的研究以及空气动力学技术理论的发展，人们发现扑翼式飞行方式较其他飞行方式有着诸多的优势。当考虑飞行器的尺寸减小以及在较低雷诺数时的飞行情况，固定翼的飞行方式存在抗干扰能力较弱和较难解决的气动学问题，因此扑翼飞行器具有巨大的现实意义。

现有的仿生蝴蝶扑翼飞行器只能通过调整双翅的扑打规律来调整飞行器的姿态以保证飞行的稳定性：双翅分别由飞行器头部的两个舵机驱动，当两个舵机同时输出较大的转角时，飞行器头部会产生较大的升力，使飞行器上仰；当两个舵机同时输出较小的转角时，飞行器头部受到的升力小于头部自身的重量，使飞行器下俯；当一个舵机以正常规律摆动，另一个舵机以更大转角进行摆动时，以正常规律摆动的一侧所产生的气动力较小，飞行器向该方向偏转。通过将以上的控制方法相结合，便能实现仿生蝴蝶扑翼飞行器的飞行姿态调整。

但是，这种方法并不能使飞行器在空中进行明显的翻转运动，在进行姿态调整的同时也会改变飞行器的飞行速度，使得飞行器的俯仰角与其升力大小有极大的关联，飞行器的灵活性收到了限制，在恶劣环境下无法保证飞行的稳定性。而大自然中的蝴蝶在飞行过程中依靠腹部的摆动进行着显著的俯仰运动，而翅膀的扑动主要用于提供升力，使得蝴蝶在恶劣条件仍能保持良好的飞行状态。

离子聚合物金属复合材料(Ion-exchange Polymer Metal Composite,简称IPMC)是一种人工肌肉材料，当对IPMC厚度方向施加电压时，IPMC会产生较大的变形,向阳极弯曲。这种新型的离子型电致动智能材料，其柔韧性好、低电压驱动、大的形变及响应速度快等优良性能,具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的仿生蝴蝶扑翼飞行器不能在空中进行明显的翻转运动的问题，提供一种姿态调整装置，使仿生蝴蝶扑翼飞行器在飞行过程中可以进行更大幅度的姿态调整，增加飞行器飞行的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于仿生蝴蝶扑翼飞行器的姿态调整装置，包括仿生蝴蝶扑翼飞行器的支架，其特征是，包括至少2条IPMC材料、金属电极、高分子弹性聚合物薄膜、固定支架和IPMC控制器；

每条IPMC材料与金属电极连接并采用高分子弹性聚合物薄膜封装，将封装完成的材料进行堆叠并用高分子弹性聚合物薄膜封装；

高分子弹性聚合物薄膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，也是具有特殊传质功能的高分子材料，通常称为分离膜，也称功能膜。用膜分离物质一般不发生相变、不耗费相变能，同时具有较好的选择性，且膜把产物分在两侧，很容易收集，是一种能耗低、效率高的分离材料。所述固定支架有两个开口，其中一个开口处安装封装完成的IPMC材料并连接金属电极；固定支架的另一个开口与仿生蝴蝶扑翼飞行器的支架连接，使得整个封装完成的多层IPMC材料和固定支架固定于飞行器支架的末端；仿生蝴蝶扑翼飞行器的支架为本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

所述金属电极引出的导线与安装于飞行器头部的IPMC控制器相连接。