[发明专利]摩擦纳米发电集成的微型扑翼飞行器能量自回收柔性翅翼

说明书

本发明公开了一种摩擦纳米发电集成的微型扑翼飞行器能量自回收柔性翅翼，包括连接于微型扑翼飞行器的机身结构上的上翅翼和下翅翼；所述上翅翼从上到下依次包括支撑结构、上部导电层、绝缘基层和上部摩擦层，上翅翼通过支撑结构连接于机身结构上；下翅翼由上到下依次包括支撑结构、下部导电层和下部摩擦层，下翅翼通过支撑结构连接于机身结构上。本发明将微型扑翼飞行器柔性翅翼扑动所产生的机械能转换为电能，以实现能量回收，作为辅助能源，参与微型扑翼飞行器的能量供应，提升了微型扑翼飞行器的能量利用效率，有效延长了微型扑翼飞行器的续航时长。

技术领域

本发明属于飞行器设计技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电集成的微型扑翼飞行器能量自回收柔性翅翼。

背景技术

微型扑翼飞行器的续航性能决定其战略任务的执行半径和执行品质。理论研究证明扑翼飞行方式相较于固定翼与旋翼在相同尺度的条件下具有更低的能耗，高能效特性将赋予微型扑翼飞行器长续航能力的可能性。但面临微型扑翼飞行器设计的微尺寸与轻质量的冲突要求，如何提升微型扑翼飞行器的供给能量，增强其续航能力是设计中面临的主要问题。纳米发电技术在微纳领域的新兴，且适配于微型扑翼飞行器微型化和强量化设计要求，为解决微型飞行器续航问题提供了新的思路和灵感。通过特殊微纳材料的制备，收集环境中的电能、或回收飞行器驱动过程中耗散能量，实现飞行器的能量自洽，是解决续航问题的可行方案。

摩擦纳米发电器件已被证明可以应用有效的机械能转换，例如：如振动，平面运动，流体流动等，用于环境能源的收获。为了满足微型化和轻量化的设计要求，作为微型扑翼飞行器辅助动力源的摩擦纳米发电材料需要轻薄、可伸展，需要具有较好的柔韧性和透明度，以实现纳米发电材料与柔性翅翼机械结构的集成化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将微型扑翼飞行器柔性翅翼扑动所产生的机械能转换为电能，以实现能量回收，作为辅助能源，参与微型扑翼飞行器的能量供应，提升了微型扑翼飞行器的能量利用效率，有效延长了微型扑翼飞行器的续航时长的摩擦纳米发电集成的微型扑翼飞行器能量自回收柔性翅翼。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：摩擦纳米发电集成的微型扑翼飞行器能量自回收柔性翅翼，包括连接于微型扑翼飞行器的机身结构上的上翅翼和下翅翼；

所述上翅翼从上到下依次包括支撑结构、上部导电层、绝缘基层和上部摩擦层，上翅翼通过支撑结构连接于机身结构上；

所述下翅翼由下到上依次包括支撑结构、下部导电层和下部摩擦层，下翅翼通过支撑结构连接于机身结构上。

进一步地，所述上部摩擦层与下部摩擦层之间存在摩擦电极性差异。上部摩擦层与下部摩擦层采用绝缘体材料、半导体材料或导体材料制成。

所述绝缘体材料选自形成薄膜的聚甲醛、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚酰亚胺、聚录乙烯、聚氨酯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚乙二醇乙二酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、聚甲基丙烯醋酸酯、聚三氟氯乙烯、聚二醇丁酸酯、聚对苯二甲酸乙二、醇酯、聚酯、派瑞林、醋酸酯、苯甲醛树脂、苯乙烯-丙烯氰共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、尼龙11、尼龙66、羊毛蛋白、蚕丝蛋白、棉纤维、纸、纤维素、纤维素醋酸酯、乙基纤维素、再生纤维素海绵或人造纤维。

所述半导体材料选自形成薄膜的硅、锗、硒、砷化镓、磷化镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌、硫化铅、硒化铅、碳化硅、萘、蒽或聚丙烯晴。

所述导体材料选自形成薄膜的金、银、铂、铜、铝、镍、钛、铬、硒和上述金属材料形成的合金、铟锡氧化物、聚吡咯、聚噻吩、聚酞菁化合物、聚苯硫醚或聚苯胺。

进一步地，所述绝缘基层采用绝缘体材料制成；

所述上部摩擦层通过沉积、旋涂、汽蒸、压涂或胶黏的方法，紧密结合于绝缘基层的下表面。