[发明专利]一种微型机械式可控扑旋翼飞行器及其制造方法和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器领域，更具体的说，本发明涉及一种微型机械式可控扑旋翼飞行器及其制造方法和控制方法。

背景技术

微型飞行器是20世纪90年代中期发展起来的一种新型飞行器。近二十年来，随着传统飞行器设计技术的不断提高，微电子技术的飞速发展及人们对动物飞行和游动机理的不断探索和深入了解，这些原理和技术正在应用于迅速发展起来的微型飞行器(Micro-air-vehicle，简称MAV)设计领域。微型飞行器一般是指翼展和长度在15厘米左右，重量在几十克至上百克，有效载荷20克，航速64～80千米/小时，留空时间20～60分钟，航程10千米的微型飞行机器，它应有实时成像、导航及通信能力。

由于体积小，重量轻，MAV具有良好的隐蔽性和机动性，适于在较小的空间范围内飞行，并可在某些恶劣环境条件下完成侦察、通讯、勘探、协助救援等任务。因此，发展微型飞行器对未来国家安全和国民经济建设等方面将起到非常重要的作用，正在世界范围内引起极大的关注，美国、英国等国家已设计出某些方案及模型。

目前，国内外已初步形成的MAV设计方案主要有三种：第一是固定翼MAV，一般由一个较大面积的机翼和一个较小的机身组成，甚至没有机身；第二是旋翼MAV，一般由一个或多个旋翼(按一定方式布置)组成；第三是拍动翼MAV，即仿生飞行器。这三种布局的MAV各自有优点也有一定的技术局限。固定翼式布局无法实现悬停。单旋翼式布局设计简单，机构实现方便，但需额外的反向配平扭矩；双旋翼(多旋翼)式布局结构复杂很难实现尺寸微型化。扑翼式布局借鉴生物飞行原理，能够在低雷诺数下产生相对较大的升力，但是运动实现机构复杂，难于控制。

在专利“扑旋翼设计方法及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器”(专利公开号CN101492093)中提出了一种扑旋翼飞行器的布局。但该专利中提出的设计方案和装置，仅能实现垂直起降和悬停，不能实现转向及前飞。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种微型机械式可控扑旋翼飞行器及其制造方法和控制方法，实现机翼振荡，继而旋转，产生升力，实现垂直起降和空中悬停；通过机翼旋转产生的下洗气流设计控制机构，实现飞行器在悬停状态下的转向及自由前飞控制功能。

一种微型机械式可控扑旋翼飞行器，包括机翼、机身、动力装置、传动机构、转向控制系统和前飞控制系统；

所述机翼为两个相同的薄膜翼，机翼根部圆孔与传动机构的机翼连杆相连，机翼根部与传动机构中内杆轴承铰接；

所述机身为圆柱型，包括底座、端盖和侧壁；侧壁固定在圆形底座上，顶端由端盖覆盖；

所述动力装置包括微型电源、微型电机和电源输出控制器，微型电源、微型电机与电源输出控制器用导线连成控制回路；微型电源、电源输出控制器安装在机身的底座上，微型电机固定在传动机构的齿轮支架上，微型电机输出轴与传动装置中的小齿轮固连；微型电源用于给微型电机、电源输出控制器、转向控制系统及前飞控制系统供电，微型电机用于驱动机翼的运动，电源输出控制器用于控制微型电机的输出功率及转速；

所述传动机构包括齿轮支架、小齿轮、大齿轮、套筒、内杆、传动连杆、机翼连杆、套筒轴承和内杆轴承，齿轮支架固定在机身底座上；小齿轮固定在微型电机输出轴上，大齿轮安装在齿轮支座的齿轮固定轴上，小齿轮和大齿轮在同一平面内啮合并垂直于底座；传动连杆一端与大齿轮的偏心孔相连，另一端穿过套筒侧壁沟槽与内杆上的圆孔相连；将套筒开有沟槽的一端垂直固定在机身底座上；内杆置于在套筒内，与传动连杆连接后能够在套筒内垂直滑动；套筒轴承安装于套筒顶部；内杆轴承安装于内杆顶部；内杆轴承与机翼的主梁的根部铰接；机翼连杆一端与套筒轴承铰接，另一端与机翼的主梁的根部孔相连；

所述转向控制系统包括两个转向控制面、两根驱动轴、两根舵机连杆、两个舵机以及与前飞控制系统共用的舵机控制器，转向控制面采用对称翼型；驱动轴一端穿过机身侧壁上的圆孔并与转向控制面连接，另一端嵌在套筒的圆孔上；舵机连杆一端与舵机舵盘连接，另一端与驱动轴金属片上的圆孔连接；舵机固定在机身底座上并用导线连接舵机控制器；所述转向控制系统通过舵机同步等幅控制两个转向控制面同向偏转实现转向控制；