[发明专利]翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置及扑翼方法

说明书

本发明涉及扑翼型飞行器和飞行机器人领域，特别是一种用于无人机的翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼及方法。包括扑翼、摆动轴和连接件，扑翼连接在连接件上且可相对转动，连接件连接在摆动轴上且可相对转动，摆动轴设置在飞行器上，扑翼包括扑翼框架，以及安装在扑翼框架内的可转动的翼片，扑翼框架内还设置有扭簧用于翼片的复位。本发明与现有技术相比，具有复位行程阻力小、工作行程推力大且稳定、气动效率高、能同时调节升力和推力、装置结构较简单、制造方便的特点，可广泛应用于低雷诺数飞行的各类小型飞行器和无人机中。

技术领域

本发明涉及扑翼型飞行器和飞行机器人领域，特别是一种用于无人机的翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼及方法。

背景技术

飞行器飞行方式有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行类型，其中扑翼飞行是自然界飞行生物采用的飞行方式，主要利用双翅的上下扑动同时产生升力和推力，其主要特点是将举升、悬停和推进功能基于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适合于执行绕过障碍物等的飞行。对于小尺寸和低速飞行状态的飞行器，属于低雷诺数下飞行，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；从推力方面来看，扑翼推进效率比螺旋桨推进效率高。

目前扑翼飞行器研究主要集中在模拟大自然中飞行生物的飞行姿态设计各种扑翼机构。扑翼驱动机构划可以分为多自由度扑翼驱动机构与单自由度扑翼驱动机构，前者能实现复杂的运动形式，但机构相对庞大复杂，后者驱动机构只需要实现拍打运动，通过固定机翼的后缘形成一个随机翼拍打而变化的迎角来实现扭转运动。

但这些扑翼机构的共同问题是总体气动效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飞行器。扑翼飞行器总体效率低下的主要原因是目前研究中大多是简单的仿造鸟类或昆虫翅膀的外形和扑动运动，却很难实现飞行生物扑翼上下扑动过程中利用翼翅自身姿态和结构的改变减小空气阻力并产生非定常气动力，由此产生的气动效率较低问题严重制约了扑翼式飞行器的普及应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种非常显著的减小扑翼型飞行器扑翼复位过程阻力、提升气动效率、升力和推力可调的翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置及扑翼方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

实现本发明目的的技术解决方案是：提供一种翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置，包括扑翼、摆动轴和连接件，所述扑翼连接在所述连接件上且可相对转动，所述连接件连接在所述摆动轴上且可相对转动，所述摆动轴设置在飞行器上，所述扑翼包括扑翼框架，以及安装在所述扑翼框架内的可转动的翼片，所述扑翼框架内还设置有用于所述翼片的复位的扭簧。

进一步的是，所述扑翼框架上设置有翼片安装孔、翼片限位梁和扑翼转轴，所述翼片包括相对设置的翼片迎风面、翼片背风面以及设置在所述翼片上的翼片转轴，所述连接件设置有摆动轴孔和扑翼转轴孔，所述摆动轴孔的轴线与所述扑翼转轴孔的轴线垂直，所述摆动轴插装在所述摆动轴孔内且可转动，所述扑翼转轴插装在所述扑翼转轴孔内且可转动；所述翼片转轴插装在所述翼片安装孔内且可转动，所述扭簧套装在所述翼片转轴上，所述扭簧两端分别靠近所述扑翼框架和所述翼片迎风面设置；当所述扭簧处于压缩状态，所述翼片背风面靠近所述翼片限位梁。

进一步的是，还包括用于驱动所述连接件运动的传动装置，所述传动装置包括连杆、曲柄、传动轴，所述连接件上设置有第一销轴孔，所述第一销轴孔的轴线与所述摆动轴孔的轴线平行；所述连杆上设置有第一连杆孔和第二连杆孔，所述曲柄上有第一曲柄孔和第二曲柄孔；还包括第一销轴和第二销轴，所述连接件和所述连杆通过第一销轴连接所述第一销轴孔和所述第一连杆孔，所述连杆和所述曲柄通过第二销轴连接所述第二连杆孔和所述第一曲柄孔；还包括第二减速器，所述传动轴连接所述第二曲柄孔和设置在飞行器上的所述第二减速器。

进一步的是，所述第一连杆孔的轴线和所述第二连杆孔的轴线平行，所述第一曲柄孔的轴线和所述第二曲柄孔的轴线平行；所述第一连杆孔的轴线和所述第二连杆孔的轴线之间的距离大于所述第一曲柄孔的轴线和所述第二曲柄孔的轴线之间的距离。