[发明专利]一种自适应攻角的仿生扑翼飞行器

说明书

一种自适应攻角的扑翼仿生飞行器属飞行器技术领域，本发明中扑翼仿生飞行器采用微型无刷直流电机与二级齿轮减速器的连接，基于曲柄摇杆的急回特性来驱动扑翼结构；模仿鸟类戴胜飞行运动结构，仿生扑翼薄膜翼板提供了更好的运动与控制，实现优异的飞行性能；该微型飞行器还具有自适应攻角的控制系统，通过GPS和定高模块实现飞行器自主控制改变攻角从而达到定高飞行的目的。本发明基于自适应攻角特性，使得扑翼仿生飞行器产生足够的升力与推力，实现扑翼飞行器的高效、稳定飞行，同时鸟类翅膀、尾翼的结构及运动方式，在发明的仿生扑翼飞行运动得以体现，具有结构新颖、飞行稳定、传动机构简单可靠的优点。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种自适应攻角的仿生扑翼飞行器。

背景技术

鸟类的双翅膀使其在空中飞翔时可以随意改变飞行姿态具有高机动性。例如海鸥高频扑打其双翅，可以使其在空中完成直飞、斜飞、旋转等特技动作。仿生扑翼飞行器集起飞、加速、悬停于一体，体积小且飞行灵活，使其在军事和民用领域有很大的应用前景。

扑翼仿生飞行器不仅质量轻、成本低，更重要的是结构精简并且效率高。因此，扑翼飞行器在国防和民用领域的应用远景都将非常辽阔，同时其在执行狭小空间或复杂地形条件下的任务时具有其它飞行器无法比拟的优势。

鸟的翅膀扑动是通过翅膀根部的肌肉轮流做“收缩”和“舒展”运动来实现的，鉴于鸟类利用极少的身体能量便能实现对其翅膀的智能控制，并使身体完成非常复杂的飞行动作，人们开始研究智能材料作为驱动，并取得了一些试验成果：如在交变电压的作用下，使压电片产生振动来驱动扑翼连杆机构使扑翼扑动；利用电活性高聚物和碳纤维材料制作一种特殊的关节来模拟肌肉运动，驱动扑翼杆；利用电致伸缩聚合体来制作一种人造肌肉驱动机构运动；利用装有正负电极板的胸腔式机构，在高频电流的作用下，使电极运动带动扑翼扑动。虽然，目前智能材料驱动得到了应用，但其主要用于翼展以及质量非常小的扑翼机的推进，并且还处于实验阶段，离实用还有很远的距离。

目前设计研制出来的仿生扑翼飞行器的扑动机构大多采用单自由度来控制扑翼系统。由于单自由度的驱动的结构简单、重量轻，运动动作为平面上下扑动，这种扑动方式，如果是刚性平面翼型，其平均升力为零，只能依靠翼的被动柔性变形产生升力，给气动控制带来难度。为了使扑翼的运动更符合生物翅膀运动的形态，符合生物飞行的空气动力学，必须研究多自由度扑翼驱动机构问题，相对于单自由度扑翼而言，多自由度的结构相对复杂、设计难度大。

目前常见的扑翼机构即：单曲柄双摇杆传动机构、双曲柄双摇杆传动机构、曲柄滑块机构、凸轮弹簧机构等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构新颖、飞行稳定、传动机构简单可靠的自适应攻角的仿生扑翼飞行器。

本发明由仿生薄膜右翼板A、驱动-传动装置B、仿生薄膜左翼板C和仿生尾翼D组成，其中：所述的仿生薄膜右翼板A和仿生薄膜左翼板C为关于机身a-a中轴线的对称结构；仿生薄膜右翼板A中右摇杆1的a孔a与驱动-传动装置B中螺栓Ⅰ19的中部活动连接；仿生薄膜左翼板C中左摇杆2的a1孔a1与驱动-传动装置B中螺栓Ⅱ18的中部活动连接；仿生薄膜右翼板A中右摇杆1的b孔b与驱动-传动装置B中球头座a14的w球头w固接；仿生薄膜左翼板C中左摇杆2的b1孔b1与驱动-传动装置B中球头座b17的y球头y固接；仿生尾翼D中右舵机33的内侧与右机架10尾端内侧粘接，仿生尾翼D中左舵机34的内侧与左机架11尾端内侧粘接；仿生尾翼D中尾翼骨架37的s槽s与驱动-传动装置B中后固定架9的固定塞27活动连接，固定塞27顶部球体直径大于s槽s宽度；仿生尾翼D中右连杆Ⅱ44右端穿过驱动-传动装置B中右机架10的m槽m与仿生薄膜右翼板A中固定座Ⅰ6的c孔c铰接；仿生尾翼D中左连杆Ⅱ41左端穿过驱动-传动装置B中左机架11的m1槽m1与仿生薄膜左翼板C中固定座Ⅱ5的d孔d铰接。