[发明专利]仿甲虫折叠翼结构及其制作方法

说明书

本发明涉及扑翼式飞行器技术领域，提出了一种仿甲虫折叠翼结构及其制作方法，其中，仿甲虫折叠翼结构包括具有折痕的翼面主体，折痕包括具有向翼面主体的正面翻折趋势的谷折痕组，以及具有向翼面主体的背面翻折趋势的山折痕组；谷折痕组包括第一、第二、第三、第四、第五及第六谷折痕；山折痕组包括第一、第二及第三山折痕。该结构的制作方法包括步骤：对仿甲虫折叠翼结构进行几何建模；基于几何建模铸造适配仿甲虫折叠翼结构的模具；向模具中注入成型材料，热固成型；脱模取出成型的仿甲虫折叠翼结构。通过设置在翼面主体上的谷折痕组和山折痕组的配合，使得该折叠翼结构在具有较高折叠率的同时，还实现了几何尺寸的轻薄化，从而提升了气动性能。

技术领域

本发明涉及扑翼式飞行器的技术领域，更具体地说，是涉及一种仿甲虫折叠翼结构及其制作方法。

背景技术

扑翼式飞行器，以其机动灵活与高能量利用率，渐渐在飞行器领域占有一席之地。飞行器的翼面不仅是升力与推动力来源，而且在飞行的机动灵活与稳定性上起到至关重要的作用。而翼面的材质轻薄，易折损，如能减小其携带时的体积，则能够有效避免翼面损伤。减少体积的方法，一为减小整个翼面尺寸；二为折叠翼面。前者虽能减小翼面，但尺寸效应引起的非定常因素，会给飞行器的升力产生和控制带来障碍。相较而言，折叠翼面则可以在携带时控制体积，在飞行时展开至需求的面积，既满足便携要求，又不影响飞行性能。

折叠结构概念，脱胎于折纸几何，光大于仿生研究。折叠结构已应用于超薄相机棱镜设计、太阳帆设计。衡量折叠结构的性能参数，主要有折叠展开速度和折叠率。其中，折叠率指的是折叠结构在折叠前后的面积比。在各种生物结构中，昆虫翼面以其惊人的折叠率引起人们关注。昆虫翼面折叠，根据折叠方式，可大致分为扇形折叠、展向折叠、弦向折叠和复合折叠。不同折叠方式有着不同的折叠率，隐翅虫翼面采用复杂的复合折叠，折叠率达到惊人的1/20。

近些年来，人们尝试将折叠结构应用于微小飞行器机翼设计中。例如，J.Faber等人设计并加工了一款仿地蜈蚣的折叠结构；Florian等人设计加工了一款仿甲虫翼面的结构。其中，J.Faber等人设计的翼面，采用TPU(Thermoplastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体橡胶)与PLA(polylactic acid，聚乳酸)材料4D打印，模拟了地蜈蚣翼面中翼折叠机理，实现自折叠，但是折叠率不高。Florian等人设计的翼面，结合了三浦折叠和甲虫的折叠模型，实现了自折叠展开，且具有较高的折叠率，但是翼面十分厚重，且需要手动翻开方可实现折叠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿甲虫折叠翼结构及其制作方法，旨在解决现有技术中，现有仿甲虫翼面结构无法兼具较高折叠率和轻薄化的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种仿甲虫折叠翼结构，包括具有折痕的翼面主体，所述折痕包括具有向所述翼面主体的正面翻折趋势的谷折痕组，以及具有向所述翼面主体的背面翻折趋势的山折痕组；

所述谷折痕组包括由所述翼面主体的一侧边伸出并朝向所述翼面主体的对侧边延伸的第一谷折痕，由所述第一谷折痕末端伸出并朝向所述对侧边延伸的第二谷折痕，由所述翼面主体的一底侧端角伸出并延伸至所述第二谷折痕的末端的第三谷折痕，由所述翼面主体的一底侧端角伸出并延伸至所述第一谷折痕的末端的第四谷折痕，由所述第二谷折痕的末端伸出并朝向所述翼面主体的所述对侧边倾斜延伸且终结于所述对侧边的第五谷折痕，以及由所述第五谷折痕的末端伸出并朝向所述翼面主体的所述一侧边延伸的第六谷折痕；

所述山折痕组包括由所述翼面主体的一邻侧边伸出并终结于所述第六谷折痕末端的第一山折痕，起始于所述第一山折痕末端并终结于所述第二谷折痕与所述第三谷折痕交接处的第二山折痕，以及起始于所述第一山折痕末端并终结于所述第一谷折痕、所述第二谷折痕与所述第四谷折痕的交接处的第三山折痕。

在一实施例中，所述第一谷折痕的起始点为所述翼面主体上伸出所述第一谷折痕的一侧侧边的中点，所述第一谷折痕垂直于所述翼面主体的伸出所述第一谷折痕的侧边。