專利名稱：一種微型撲翼機(jī)的機(jī)翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)翼，尤其是一種撲翼機(jī)的機(jī)翼。
技術(shù)背景 微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類飛行的新概念飛行器，它具有體積小、重量輕、隱蔽性好，使用靈活、效率高等優(yōu)勢，如果搭載傳感器和相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸和飛行控制系統(tǒng)，形成微型撲翼無人機(jī)平臺(tái)，就會(huì)具有廣闊的應(yīng)用前景。圍繞這一課題，各國已研制出可控飛行的撲翼飛行器，其中較成功的有美國Aero Vironment公司與加利福尼亞大學(xué)合作的“Microbat”以及荷蘭Delft大學(xué)的“Delfly”等，但其性能距離實(shí)用化還有較大的差距，這主要體現(xiàn)為飛行時(shí)間有限，有效載荷小，操縱控制難度大等方面。究其原因，撲翼飛行器機(jī)翼的氣動(dòng)效率低、功率消耗大、可靠性差是相當(dāng)重要的因素。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)飛行的撲翼機(jī)多采用平板翼型機(jī)翼，研究表明，這類機(jī)翼的升力系數(shù)較小，為了產(chǎn)生足夠的升力需要較大的迎角，這就增大了阻力，升阻比較小，導(dǎo)致氣動(dòng)效率低，影響撲翼機(jī)的整體性能。中國專利公開號(hào)CN100467347C，
公開日2009年3月11日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為一種兩段式微型撲翼飛機(jī)機(jī)翼，該申請案公開了一種微型撲翼飛機(jī)的機(jī)翼，分為內(nèi)外兩段，外翼段為平面翼型，內(nèi)翼段為弧度翼型，外翼段有前主梁和斜梁，內(nèi)翼段有互相平行的前主梁和尾梁。其不足之處是，內(nèi)翼段與外翼段外形和結(jié)構(gòu)剛度變化較為突然，易造成結(jié)構(gòu)破壞，可靠性差，機(jī)翼整體氣動(dòng)效率也會(huì)降低。近年來，為了提高撲翼機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)效率，出現(xiàn)了一些采用機(jī)構(gòu)對翼的形狀進(jìn)行被動(dòng)或主動(dòng)改變的撲翼飛機(jī)機(jī)翼，這類機(jī)翼的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具有較大的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增加了撲翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功耗，降低了撲翼飛機(jī)的壽命和可靠性；實(shí)現(xiàn)形狀改變與撲動(dòng)的配合需要精準(zhǔn)的控制，增加了撲翼飛機(jī)控制的難度。中國專利公開號(hào)CN201217500Y，
公開日2009年4月8日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為仿生飛行器機(jī)翼，該申請案公開了一種板狀結(jié)構(gòu)機(jī)翼，貫穿機(jī)翼上下表面有減阻孔，減阻孔內(nèi)通過葉片軸鉸接葉片。葉片可在機(jī)翼上下?lián)鋭?dòng)時(shí)，被動(dòng)地或由機(jī)構(gòu)操控主動(dòng)的進(jìn)行開合運(yùn)動(dòng)，達(dá)到減阻增升的目的。其不足之處是，葉片及其機(jī)構(gòu)會(huì)增加機(jī)翼的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增加撲動(dòng)所需動(dòng)力，減少撲動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)翼本身的壽命；葉片開合需要與撲動(dòng)位置配合，增加控制難度。中國專利公開號(hào)CN2918218Y，
公開日2007年7月4日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為可折兩段式撲翼機(jī)機(jī)翼。該申請案公開了一種可折為兩段式的撲翼機(jī)機(jī)翼，分為可對折的內(nèi)翼段和外翼段，由傳動(dòng)曲軸和拉桿配合，在機(jī)翼上下?lián)鋭?dòng)的同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)外翼段的相對折疊運(yùn)動(dòng)，模擬海鷗等鳥類飛行時(shí)的撲翅狀態(tài)。其不足之處是，曲軸、拉桿結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和重量矛盾尖銳，難以同時(shí)具備足夠強(qiáng)度并且輕量化，這就導(dǎo)致機(jī)翼壽命下降，可靠性差。中國專利公開號(hào)CN101492094A，
公開日2009年7月29日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種能夠單向彎曲的微型撲翼機(jī)的撲翼。該申請案公開了一種能夠單向彎曲的撲翼，其展向梁斷開為兩段，在斷開處上下表面分別固定可伸縮的彈性材料和可單向變形的連接片，實(shí)現(xiàn)下?lián)鋾r(shí)撲翼完全展開，上撲時(shí)撲翼部分折疊的效果。其不足之處是，折疊效果完全由彈性材料在氣動(dòng)力的作用下被動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)撲翼撲動(dòng)頻率較高時(shí)，折疊效果會(huì)受到相當(dāng)程度的削弱；彈性材料的老化和壽命直接影響撲翼整體的性能和壽命。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)機(jī)翼氣動(dòng)效率低，結(jié)構(gòu)剛度分布不合理，可靠性差的不足，本發(fā)明提供一種微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，能夠提高撲翼機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)效率，簡化機(jī)翼結(jié)構(gòu)，提高機(jī)翼可靠性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括主梁、輔助梁、翼肋和蒙皮。所述主梁平直，五根翼肋的前緣點(diǎn)固定在主梁上，由主梁根部開始，占據(jù)主梁展向長度的三分之二至五分之四。 I號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋垂直于主梁，4號(hào)翼肋和5號(hào)翼肋與主梁梢部方向成銳角；1號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋弦長相等，4號(hào)翼肋和5號(hào)翼肋的弦長依次減小，均短于I號(hào)翼肋，形成的機(jī)翼平面形狀為翼尖后緣切角，展弦比6 8，前緣為主梁中心線、根部為I號(hào)翼肋弦線，后緣根部一側(cè)為I號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋的后緣點(diǎn)構(gòu)成的直線，從3號(hào)翼肋開始到主梁梢部的部分為二次樣條曲線，其在3號(hào)翼肋后緣點(diǎn)同I號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋后緣點(diǎn)構(gòu)成的直線相切，依次連接4號(hào)翼肋后緣點(diǎn)、5號(hào)翼肋后緣點(diǎn)和主梁梢部端點(diǎn)。I號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋的翼型均采用薄翼型，5號(hào)翼肋平直，4號(hào)翼肋為前兩者的過渡翼型。輔助梁呈弧形，外緣點(diǎn)固定于主梁梢部端點(diǎn)和5號(hào)翼肋后緣點(diǎn)之間的主梁上，根部通過號(hào)翼肋后半部分，其弧度保證輔助梁與五根翼肋對應(yīng)位置接觸并固定。所述4號(hào)翼肋的弦長為I號(hào)翼肋弦長的90% _97%，5號(hào)翼肋的弦長I號(hào)翼肋弦長的70%-80%。4號(hào)翼肋與主梁向外側(cè)方向的夾角為70-80° , 5號(hào)翼肋與主梁外側(cè)方向的夾角為55-65°。所有翼肋的前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)均位于機(jī)翼參考平面內(nèi)。輔助梁與I號(hào)翼肋的接觸點(diǎn)位于I號(hào)翼肋75% -85%弦長位置。主梁、輔助梁和翼肋構(gòu)成機(jī)翼結(jié)構(gòu)框架，在框架上方貼合蒙皮，形成完整的機(jī)翼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)方面獲得了有益效果機(jī)翼主梁和輔助梁和它們之間的翼肋形成了一個(gè)剛性較大的區(qū)域，而這個(gè)區(qū)域之外的翼肋為懸臂梁的形式，可進(jìn)行較大的彈性變形。輔助梁的位置使得機(jī)翼外段的翼肋進(jìn)行彈性變形的區(qū)域較大，內(nèi)段進(jìn)行彈性變形的區(qū)域較小，有利于外段產(chǎn)生推力，內(nèi)段產(chǎn)生升力。整個(gè)機(jī)翼剛度分布過渡平緩，結(jié)構(gòu)連續(xù)性好，具有良好的受力特性，且結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。通過在給定范圍內(nèi)調(diào)整展弦比、4號(hào)肋4和5號(hào)肋5的傾斜角度和弦長比例以及輔助梁7定位點(diǎn)的位置，可以在滿足基本飛行要求的基礎(chǔ)上，一定程度上改變機(jī)翼的剛度分布，從而改變撲動(dòng)過程中彈性變形的大小和分布，滿足不同的飛行性能需求。增大展弦比，減小4號(hào)肋4、5號(hào)肋5與主梁6的夾角、增加它們的弦長、將輔助梁7外端點(diǎn)外移，將其與I號(hào)肋I接觸位置前移，都可以增加機(jī)翼外段的彈性變形量，撲動(dòng)時(shí)獲得較大的推力；減小展弦比、增加4號(hào)肋4、5號(hào)肋5與主梁6的夾角、減小他們的弦長，將輔助梁7外端點(diǎn)內(nèi)移，將其與I號(hào)肋I接觸位置后移，都可以減少機(jī)翼外段的彈性變形量，撲動(dòng)時(shí)獲得較大的升力。該機(jī)翼的結(jié)構(gòu)剛度分布和彈性變形特性合理，撲動(dòng)過程中能夠提供更大的氣動(dòng)升力和推力，并獲得了氣動(dòng)升力和推力的良好組合，同時(shí)減小了機(jī)翼撲動(dòng)的能量消耗，整體性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。

圖I為實(shí)施例3的示意圖(軸測圖)圖2為實(shí)施例3的示意圖(俯視圖)。圖中1-1號(hào)肋，2-2號(hào)肋，3-3號(hào)肋，4-4號(hào)肋，5-5號(hào)肋，6-主梁，7-輔助梁，8-蒙 皮。
具體實(shí)施方式
為了克服現(xiàn)有技術(shù)機(jī)翼氣動(dòng)效率低，結(jié)構(gòu)剛度分布不合理，可靠性差的不足，本發(fā)明提供一種微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，能夠提高撲翼機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)效率，簡化機(jī)翼結(jié)構(gòu)，提高機(jī)翼可靠性。研究表明，撲翼機(jī)機(jī)翼的內(nèi)段主要產(chǎn)生升力，其大小同機(jī)翼橫截面形狀和剛度分布有關(guān)，機(jī)翼的外段主要產(chǎn)生推力，其大小與由機(jī)翼外段后緣形狀和機(jī)翼外段翼肋的傾斜角度確定的剛度分布有關(guān)。
以下結(jié)合附圖給出微型撲翼機(jī)機(jī)翼的實(shí)施例。實(shí)施例I :本實(shí)施例是一副微型撲翼機(jī)的機(jī)翼包括I號(hào)肋1、2號(hào)肋2、3號(hào)肋3、4號(hào)肋4、5號(hào)肋5、主梁6、輔助梁7、蒙皮8。以左機(jī)翼為例，在實(shí)施過程中I號(hào)肋1、2號(hào)肋2、3號(hào)肋3、4號(hào)肋4、5號(hào)肋5、主梁6、輔助梁7為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料桿件，展弦比取為8，即I號(hào)肋I的弦長為主梁6長度的25%。主梁6平直，五根翼肋1-5的前緣點(diǎn)固定在主梁6上，由主梁6根部開始，占據(jù)主梁6展向長度的三分之二，I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3垂直于主梁，4號(hào)肋4和5號(hào)肋5與主梁梢部方向成銳角，角度分別為70°和55°。I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3弦長相等，4號(hào)肋4和5號(hào)肋5的弦長依次減小，均短于I號(hào)肋1，分別為I號(hào)肋I弦長的97%和80%。I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3的翼型均采用薄翼型，5號(hào)肋5平直，4號(hào)肋4為前兩者的過渡翼型。輔助梁7呈弧形，外緣點(diǎn)固定于主梁6梢部端點(diǎn)和5號(hào)肋之間，距主梁外端點(diǎn)15%的主梁長度，根部通過I號(hào)肋I后半部分距后緣點(diǎn)75%的弦長位置，其弧度保證輔助梁7與五根翼肋對應(yīng)位置接觸。主梁6與翼肋1-5、翼肋1-5與輔助梁7之間的固定均采用浸潤膠水的芳綸纖維捆綁。主梁6和輔助梁7均在翼根處延伸一定長度以便同機(jī)身連接。至此，完成了主梁6、輔助梁7和翼肋1-5構(gòu)成的機(jī)翼框架，在框架上方覆蓋聚酯蒙皮8，用粘合劑同機(jī)翼框架貼合，構(gòu)成完整的機(jī)翼。右機(jī)翼的構(gòu)成與制作同左機(jī)翼。實(shí)施例I制作的機(jī)翼撲動(dòng)時(shí)具有較大的彈性變形量，可以產(chǎn)生更大的推力。實(shí)施例2 [0033]本實(shí)施例是一副微型撲翼機(jī)的機(jī)翼包括I號(hào)肋1、2號(hào)肋2、3號(hào)肋3、4號(hào)肋4、5號(hào)肋5、主梁6、輔助梁7、蒙皮8。以左機(jī)翼為例，在實(shí)施過程中I號(hào)肋1、2號(hào)肋2、3號(hào)肋3、4號(hào)肋4、5號(hào)肋5、主梁6、輔助梁7為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料桿件，展弦比取為6，即I號(hào)肋I的弦長為主梁6長度的33%。主梁6平直，五根翼肋1-5的前緣點(diǎn)固定在主梁6上，由主梁6根部開始，占據(jù)主梁6展向長度的五分之四，I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3垂直于主梁，4號(hào)肋4和5號(hào)肋5與主梁梢部方向成銳角，角度分別為80°和65°。I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3弦長相等，4號(hào)肋4和5號(hào)肋5的弦長依次減小，均短于I號(hào)肋1，分別為I號(hào)肋I弦長的90%和70%。I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3的翼型均采用薄翼型，5號(hào)肋5平直，4號(hào)肋4為前兩者的過渡翼型。輔助梁7呈弧形，外緣點(diǎn)固定于主梁6梢部端點(diǎn)和5號(hào)肋之間，距主梁外端點(diǎn)5%的主梁長度，根部通過 I號(hào)肋I后半部分距后緣點(diǎn)85%的弦長位置，其弧度保證輔助梁7與五根翼肋對應(yīng)位置接觸。主梁6與翼肋1-5、翼肋1-5與輔助梁7之間的固定均采用浸潤膠水的芳綸纖維捆綁。主梁6和輔助梁7均在翼根處延伸一定長度以便同機(jī)身連接。至此，完成了主梁6、輔助梁7和翼肋1-5構(gòu)成的機(jī)翼框架，在框架上方覆蓋聚酯蒙皮8，用粘合劑同機(jī)翼框架貼合，構(gòu)成完整的機(jī)翼。右機(jī)翼的構(gòu)成與制作同左機(jī)翼。實(shí)施例2制作的機(jī)翼撲動(dòng)時(shí)具有較小的彈性變形量，可以產(chǎn)生更大的氣動(dòng)升力。實(shí)施例3 本實(shí)施例是一副微型撲翼機(jī)的機(jī)翼包括I號(hào)肋1、2號(hào)肋2、3號(hào)肋3、4號(hào)肋4、5號(hào)肋5、主梁6、輔助梁7、蒙皮8。以左機(jī)翼為例，在實(shí)施過程中I號(hào)肋1、2號(hào)肋2、3號(hào)肋3、4號(hào)肋4、5號(hào)肋5、主梁6、輔助梁7為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料桿件，展弦比取為7，即I號(hào)肋I的弦長為主梁6長度的28%。主梁6平直，五根翼肋1-5的前緣點(diǎn)固定在主梁6上，由主梁6根部開始，占據(jù)主梁6展向長度的73%，I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3垂直于主梁，4號(hào)肋4和5號(hào)肋5與主梁梢部方向成銳角，角度分別為78°和63°。I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3弦長相等，4號(hào)肋4和5號(hào)肋5的弦長依次減小，均短于I號(hào)肋1，分別為I號(hào)肋I弦長的95%和73%。I號(hào)肋1、2號(hào)肋2和3號(hào)肋3的翼型均采用薄翼型，5號(hào)肋5平直，4號(hào)肋4為前兩者的過渡翼型。輔助梁7呈弧形，外緣點(diǎn)固定于主梁6梢部端點(diǎn)和5號(hào)肋之間，距主梁外端點(diǎn)10. 5%的主梁長度，根部通過I號(hào)肋I后半部分距后緣點(diǎn)78%的弦長位置，其弧度保證輔助梁7與五根翼肋對應(yīng)位置接觸，。主梁6與翼肋1-5、翼肋1-5與輔助梁7之間的固定均采用浸潤膠水的芳綸纖維捆綁。主梁6和輔助梁7均在翼根處延伸一定長度以便同機(jī)身連接。至此，完成了主梁6、輔助梁7和翼肋1-5構(gòu)成的機(jī)翼框架，在框架上方覆蓋聚酯蒙皮8，用粘合劑同機(jī)翼框架貼合，構(gòu)成完整的機(jī)翼。右機(jī)翼的構(gòu)成與制作同左機(jī)翼。實(shí)施例3制作的機(jī)翼撲動(dòng)時(shí)獲得氣動(dòng)升力和推力的良好組合，具有突出的綜合性倉泛。
權(quán)利要求1.一種微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，包括主梁、輔助梁、翼肋和蒙皮，其特征在于所述主梁平直，五根翼肋的前緣點(diǎn)固定在主梁上，由主梁根部開始，占據(jù)主梁展向長度的三分之ニ至五分之四；1號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋垂直于主梁，4號(hào)翼肋和5號(hào)翼肋與主梁梢部方向成鋭角；1號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋弦長相等，4號(hào)翼肋和5號(hào)翼肋的弦長依次減小，均短于I號(hào)翼肋，形成的機(jī)翼平面形狀為翼尖后緣切角，輔助梁呈弧形，外緣點(diǎn)固定于主梁梢部端點(diǎn)和5號(hào)翼肋后緣點(diǎn)之間的主梁上，根部通過號(hào)翼肋后半部分，其弧度保證輔助梁與五根翼肋對應(yīng)位置接觸并固定；主梁、輔助梁和翼肋構(gòu)成機(jī)翼結(jié)構(gòu)框架，在框架上方貼合蒙皮，形成完整的機(jī)翼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的機(jī)翼平面的展弦比6 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的機(jī)翼平面的前緣為主梁中心線、根部為I號(hào)翼肋弦線，后緣根部ー側(cè)為I號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋的后緣點(diǎn)構(gòu)成的直線，從3號(hào)翼肋開始到主梁梢部的部分為二次樣條曲線，其在3號(hào)翼肋后緣點(diǎn)同I號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋后緣點(diǎn)構(gòu)成的直線相切，依次連接4號(hào)翼肋后緣點(diǎn)、5號(hào)翼肋后緣點(diǎn)和主梁梢部端點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的I號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋的翼型均采用薄翼型，5號(hào)翼助平直，4號(hào)翼肋為前兩者的過渡翼型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的4號(hào)翼肋的弦長為I號(hào)翼肋弦長的90% -97%, 5號(hào)翼肋的弦長I號(hào)翼肋弦長的70% -80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的4號(hào)翼肋與主梁向外側(cè)方向的夾角為70-80° , 5號(hào)翼肋與主梁外側(cè)方向的夾角為55-65°。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的所有翼肋的前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)均位于機(jī)翼參考平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，其特征在于所述的輔助梁與I號(hào)翼肋的接觸點(diǎn)位于I號(hào)翼肋75% -85%弦長位置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微型撲翼機(jī)的機(jī)翼，主梁平直，五根翼肋的前緣點(diǎn)固定在主梁上，1號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋垂直于主梁，4號(hào)翼肋和5號(hào)翼肋與主梁梢部方向成銳角；1號(hào)翼肋、2號(hào)翼肋和3號(hào)翼肋弦長相等，4號(hào)翼肋和5號(hào)翼肋的弦長依次減小，均短于1號(hào)翼肋，輔助梁呈弧形，外緣點(diǎn)固定于主梁梢部端點(diǎn)和5號(hào)翼肋后緣點(diǎn)之間的主梁上，根部通過號(hào)翼肋后半部分，輔助梁與五根翼肋對應(yīng)位置接觸并固定；主梁、輔助梁和翼肋構(gòu)成機(jī)翼結(jié)構(gòu)框架，在框架上方貼合蒙皮，形成完整的機(jī)翼。整個(gè)機(jī)翼剛度分布過渡平緩，結(jié)構(gòu)連續(xù)性好，具有良好的受力特性，且結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。
文檔編號(hào)B64C33/02GK202414163SQ201120462428
公開日2012年9月5日 申請日期2011年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月20日
發(fā)明者付鵬, 宋筆鋒, 李洋, 楊文青, 樊邦奎, 王利光, 王進(jìn), 魯合營 申請人:西北工業(yè)大學(xué)