[发明专利]一种可变面积可转动的仿生水平尾翼

说明书

本发明一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，属于飞行器技术领域；包括平尾转动机构、平尾偏转控制机构和变面积机构；所述平尾转动机构一端固定于机身尾部中心位置，另一端与所述平尾偏转控制机构连接；两组所述变面积机构对称设置与所述平尾偏转控制机构两侧；所述平尾转动机构包括电机、电机座和第一转轴；所述平尾偏转控制机构包括第一舵机、第一连杆、第二转轴和尾翼支撑框架；所述第一舵机固定安装于所述第一转轴的输出端；所述变面积机构包括第二舵机、第二连杆、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；本发明具备航向操作能力，能够绕着对称轴整体转动，在转动一定角度后，增大了侧向的面积，意味着尾翼可以带来航向的力矩。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种可变面积可转动的仿生水平尾翼。

背景技术

仿生飞行器近些年来逐渐成为热点，扑翼飞行器可以做到外形极为逼真，并且可以拥有较好的控制效果，与此同时飞行效率更高的固定翼无人机也逐渐采用一系列的仿生技术，来提高飞行器的升阻比，改善控制效果，以此来满足达到更长的航时和适应更复杂飞行环境的要求。目前有很多应用在机翼上的仿生技术，比如仿生翅膀、固定翼的羽毛式的翼尖等，尾翼同样是很重要的升力面和操纵面，因此本发明目的是发明一种可以有效提高升力特性、阻力特性、操纵特性的尾翼。

目前，被大众所熟知的飞行器尾翼一般包括水平尾翼和垂直尾翼，一些战斗机采用V型尾翼来同时控制飞行器的俯仰和偏航。上述控制方式不能改变尾翼的面积，仅通过控制舵面来改变尾翼所受的气动力，从而改变飞行器的俯仰和偏航。现有的面积不可变的飞行器，在起飞和降落等速度较低时，飞行器的操纵性较差，并在巡航时因为平尾浸润面积较大，阻力也会相对较大。

大自然中鸟类的尾翼通过打开和收缩尾翼的羽毛来改变尾翼的面积，在起飞和降落中通过增大尾翼面积来提高操纵性，在空中飞行时，通过尾翼面积的改变来降低巡航的阻力，提高航程，比如信天翁，拥有可变面积的尾翼，在起飞和降落时打开，在巡航时收缩，这种独特的控制方法能够极大的提高鸟类的灵活度和改善巡航时的效率。

对于手抛式起飞的飞行器，减小翼载是降低起飞速度并提高起飞和降落安全系数的重要措施，采用可变面积的尾翼在一定程度上减小了翼载，在使用时有较大优势。

另外，自然界的鸟类只有一个水平尾翼，但是鸟类可以靠尾部肌肉进行多自由度的控制，现在仿生的飞行器尾翼也只是进行俯仰控制，比如西北工业大学的“信鸽无人机”等扑翼类无人机，扑翼类无人机可以通过翅膀两边的不同震动等进行航向和横向控制。另外还有仿生的固定翼无人机，比如近些年研究较为热门的仿生太阳能无人机，平尾也都是进行俯仰操作。本发明中无人机除了可以进行俯仰操作外，还可以在一定范围内转动平尾，产生一定的侧向面积，因此会产生一定的航向操作效果。因此要优于现在仿生飞行器的尾翼操纵。仿照鸟类的尾部的羽毛及控制策略，进行可变面积的尾翼设计会提高飞行器的操纵性和巡航性能。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，通采用伺服舵机来控制长边平行四边形的转角，通过平行四边形转动机构来改变各个羽毛间的重叠面积，从而达到控制面积变化的效果。整个尾翼可以绕飞行器的纵向对称轴转动，在转动后可以产生一定的航向操作效果。

本发明的技术方案是：一种可变面积可转动的仿生水平尾翼，其特征在于：包括平尾转动机构、平尾偏转控制机构和变面积机构；所述平尾转动机构一端固定于机身尾部中心位置，另一端与所述平尾偏转控制机构连接；两组所述变面积机构对称设置与所述平尾偏转控制机构两侧；

所述平尾转动机构包括电机、电机座和第一转轴；所述电机通过电机座固定于机身尾部中心处，所述第一转轴同轴固定于电机的转子上；通过电机带动平尾偏转控制机构和变面积机构绕所述第一转轴转动；