一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型及相應(yīng)的微型飛行器設(shè)計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型及相應(yīng)的微型飛行器設(shè)計(jì)，兩片獨(dú)立的撲翼反對(duì)稱布置在一段橫梁的兩端外側(cè)，利用撲翼在上下?lián)鋭?dòng)過(guò)程中，柔性翼膜同時(shí)產(chǎn)生升力和推力，兩個(gè)反方向推力形成力偶驅(qū)動(dòng)橫梁及撲翼作自驅(qū)旋轉(zhuǎn)而不會(huì)產(chǎn)生反扭矩。利用此構(gòu)型設(shè)計(jì)的飛行器，兩個(gè)翼梁反對(duì)稱安裝在一起成為橫梁，橫梁中部與連接軸一端固接，連接軸另一端與深溝球軸承內(nèi)圈裝配，機(jī)身上部與深溝球軸承外圈裝配，機(jī)身下部與起落架裝配。本發(fā)明的撲旋翼構(gòu)型具有很好的升力特性，能夠顯著增大飛行器有效載荷，并具備良好的飛行穩(wěn)定性和安全性，擴(kuò)展了微型飛行器應(yīng)用范圍。
【專利說(shuō)明】一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型及相應(yīng)的微型飛行器設(shè)計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微型飛行器設(shè)計(jì)及制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是涉及撲翼與旋翼相結(jié)合的微型飛行器設(shè)計(jì)方法及制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]微型飛行器是20世紀(jì)90年代中期源于軍事目的而發(fā)展起來(lái)的一種新型飛行器。1992 年，美國(guó)蘭德公司提交美國(guó) DARPA (Defense Advanced Research Project Agency,國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署)的一份關(guān)于未來(lái)軍事技術(shù)的研究報(bào)告首次提出了微型飛行器的概念。與常規(guī)無(wú)人飛行器相比，微型飛行器具有體積小、重量輕、成本低的飛行平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，操縱方便、機(jī)動(dòng)靈活、噪音小、隱蔽性好，無(wú)論是在軍事領(lǐng)域還是在民用領(lǐng)域，都有十分廣闊的應(yīng)用前景，因而引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。
[0003]微型飛行器按飛行特點(diǎn)可分為三類:固定翼、旋翼和撲翼。
[0004]微型固定翼飛行器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、固定翼技術(shù)積累比較成熟，目前研究得較好的微型固定翼飛行器有Sanders公司研制的“Micro Star”，AeroVironment公司研制的“Black Widow”以及美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的“MITE”等，但是由于這類飛行器需要具有一定的飛行速度才能產(chǎn)生升力，并且由于尺寸的限制使得這一飛行速度較大，無(wú)法懸停和垂直起降，限制了微型固定翼飛行器的應(yīng)用范圍。
[0005]微型旋翼飛行器的特點(diǎn)是能夠垂直起降和懸停，這一特點(diǎn)大大擴(kuò)展了此種飛行器在軍事和民用領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，目前比較成功的有Lutronix與Auburn大學(xué)合作研制的“Kolibri”、日本東京大學(xué)利用MEMS(Micro-Electro-Mechanic System,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)研制的一種翼展僅為4毫米的旋翼飛行裝置以及上海交通大學(xué)研制的雙螺旋槳微型飛行器。然而，由于旋翼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其在整體尺寸很小時(shí)這一缺點(diǎn)更加明顯，而且此種情況下旋翼飛行器的氣動(dòng)效率很低，飛行穩(wěn)定性和抗干擾性能較差，這對(duì)微型旋翼飛行器的制造及應(yīng)用產(chǎn)生了較大影響。
[0006]微型撲翼飛行器是采用仿自然界飛行生物產(chǎn)生氣動(dòng)力的原理而形成的一種仿生飛行器，它的特點(diǎn)在于可以利用理想的仿生效果通過(guò)尾跡氣流捕獲等升力機(jī)制得到較高升力，節(jié)省能量，并且在小尺寸情況下的氣動(dòng)效率比固定翼及旋翼飛行器要高，目前研究得較為成熟的有加州理工學(xué)院、AeroVironment公司及加州大學(xué)共同研制的“MicroBat”,美國(guó)佐治亞理工大學(xué)研制的仿昆蟲(chóng)微型飛行器“Entomopter”，AeroVironment公司研制的超級(jí)蜂鳥(niǎo)以及中國(guó)西北工業(yè)大學(xué)研制的“信鴿”等。但是由于目前的仿生以及MEMS技術(shù)成熟度不能達(dá)到理想的仿生效果，因此現(xiàn)有的微型撲翼飛行器盡管可以較好地實(shí)現(xiàn)飛行(如AeiOViiOnment公司研制的超級(jí)蜂鳥(niǎo))，但有效載荷很低，或者為了達(dá)到提升有效載荷的目的不得不采取較大尺寸的構(gòu)型，比如德國(guó)Festo公司研制的“SmartBird”的翼展達(dá)到了 1.2米，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了微型飛行器的尺寸范圍，這些缺點(diǎn)使得微型撲翼飛行器在需要較大有效載荷的實(shí)際應(yīng)用上受到了很大制約，因此，解決微型飛行器尺寸與有效載荷之間要求的矛盾是非常必要的。[0007]目前，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)懸停、垂直起降并且具有較大有效載荷是微型飛行器的發(fā)展方向。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，微型飛行器的技術(shù)難點(diǎn)主要有低雷諾數(shù)下的升阻比劇烈下降和升力曲線非線性變化(主要針對(duì)固定翼)，動(dòng)力和能源密度偏低，有效飛行控制難度大，飛行穩(wěn)定性差等。而根據(jù)三種微型飛行器的特點(diǎn)，不難看出三種形式均存在各自的技術(shù)缺點(diǎn)，難以解決對(duì)飛行器尺寸和有效載荷要求之間的矛盾。
[0008]近些年國(guó)內(nèi)外研究人員提出了撲旋翼飛行器的概念，這是一種結(jié)合撲翼和旋翼的技術(shù)，利用撲翼的柔性變形，拍動(dòng)時(shí)同時(shí)產(chǎn)生升力和推力，反對(duì)稱推力形成力偶，帶動(dòng)撲翼做自驅(qū)旋轉(zhuǎn)，這樣就不需要尾槳等裝置來(lái)平衡扭矩，而通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的周向運(yùn)動(dòng)速度又能增加升力，從而達(dá)到整體增升的目的。但是目前的撲旋翼結(jié)構(gòu)在靠近旋轉(zhuǎn)軸的部分氣動(dòng)效率很低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目前這樣的裝置不能產(chǎn)生足夠的升力，尚未達(dá)到可以正常起飛的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服目前的撲旋翼結(jié)構(gòu)在靠近旋轉(zhuǎn)軸的部分氣動(dòng)效率低的缺點(diǎn)，解決對(duì)現(xiàn)有微型飛行器的尺寸和有效載荷要求的矛盾，并滿足飛行器同時(shí)具備懸停、垂直起降和平飛的能力，擁有較好的飛行穩(wěn)定性和安全性，本發(fā)明提出了一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型及相應(yīng)的微型飛行器設(shè)計(jì)。
[0010]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是利用了一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型，所述的撲翼旋翼耦合構(gòu)型為:兩片獨(dú)立的撲翼反對(duì)稱布置在一段橫梁的兩端外側(cè)，撲翼前緣骨架撲動(dòng)平面與橫梁旋轉(zhuǎn)平面無(wú)干擾。預(yù)先將兩片撲翼設(shè)定合適的初始迎角，撲翼在上下?lián)鋭?dòng)過(guò)程中，由于柔性翼膜的作用能夠同時(shí)產(chǎn)生升力和推力，兩片撲翼產(chǎn)生的升力方向相同；橫梁是反對(duì)稱、有一定迎角并具有翼型的結(jié)構(gòu)，撲翼產(chǎn)生的兩個(gè)反方向推力形成力偶驅(qū)動(dòng)橫梁及撲翼作自驅(qū)旋轉(zhuǎn)，且不會(huì)產(chǎn)生反扭矩，在旋轉(zhuǎn)時(shí)橫梁類似于直升機(jī)的旋翼可以提供升力；撲翼的旋轉(zhuǎn)周向速度可以增大撲翼本身產(chǎn)生的升力，由于橫梁的旋轉(zhuǎn)，兩片撲翼還可以進(jìn)行尾跡的有利干擾和相互利用，進(jìn)一步獲得升力提升，從而在整體上起到增升作用；撲翼與旋翼相結(jié)合的技術(shù)能夠很好地提高飛行穩(wěn)定性和安全性。
[0011]利用所述的撲翼旋翼耦合構(gòu)型設(shè)計(jì)的微型飛行器可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明提供一種微型飛行器，包括撲翼1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2、起落架3、機(jī)身4、深溝球軸承5、連接軸6和翼梁7。
[0013]其中，兩片獨(dú)立的撲翼I分別與兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2裝配成為整體，稱為裝配體，并能夠進(jìn)行單獨(dú)控制實(shí)現(xiàn)撲動(dòng)；將兩段翼梁7相對(duì)于連接軸的軸線反對(duì)稱組裝在一起成為橫梁，再將撲翼1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2組成的兩個(gè)裝配體分別安裝在橫梁的兩端，撲翼在橫梁外側(cè)；調(diào)整好裝配體安裝的角度，使得撲翼拍動(dòng)時(shí)具有一個(gè)合適的初始迎角。
[0014]通過(guò)兩個(gè)翼梁中段7d端部的半圓孔7e組裝后形成的橫梁中間圓孔，將連接軸6一端與橫梁固接在一起，連接軸6的另一端與深溝球軸承5內(nèi)圈裝配在一起，深溝球軸承5的外圈與機(jī)身4上部裝配，機(jī)身內(nèi)部可以按照需要放置有效載荷，連接軸6、翼梁7、撲翼1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2組成的整體能夠相對(duì)于機(jī)身4自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在電源接通撲翼?yè)鋭?dòng)時(shí)，兩片反對(duì)稱安裝的撲翼I產(chǎn)生的力偶能夠?qū)崿F(xiàn)橫梁和撲翼的自驅(qū)旋轉(zhuǎn)。
[0015]機(jī)身下部布置起落架3，能夠起到支撐整個(gè)撲旋翼微型飛行器的作用，并且在存在垂直沖擊載荷時(shí)進(jìn)行緩沖以保證微型飛行器的安全。
[0016]本發(fā)明的有益效果有:
[0017]⑴本發(fā)明的撲翼旋翼耦合構(gòu)型提高了撲翼氣動(dòng)效率，翼梁可以起到旋翼作用，產(chǎn)生較大升力，可以增加微型飛行器載荷；
[0018]⑵本發(fā)明的撲翼旋翼耦合構(gòu)型理論上是一種自驅(qū)旋轉(zhuǎn)，不需要多余的裝置平衡扭矩，有利于精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)重量并減少能量消耗；
[0019]⑶本發(fā)明的微型飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、懸停，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂颇軌驅(qū)崿F(xiàn)平飛，擴(kuò)展了微型飛行器的應(yīng)用范圍；
[0020]⑷本發(fā)明的微型飛行器結(jié)合了撲翼與旋翼的特點(diǎn)，增強(qiáng)飛行穩(wěn)定性，并能夠在一定程度上提升發(fā)生故障時(shí)的安全性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的微型飛行器的軸測(cè)圖；
[0022]圖2是圖1的A局部視圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的微型飛行器的翼梁的軸測(cè)圖。
[0024]圖中:
[0025]1-撲翼；2-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源；3-起落架； 4-機(jī)身；
[0026]5-深溝球軸承；6-連接軸；7-翼梁;7a_減輕孔；
[0027]7b_翼型段； 7c_過(guò)渡段；7d-翼梁中段；7e_半圓孔。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的撲翼旋翼耦合構(gòu)型作詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]本發(fā)明首先提供一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型，如圖1所示，撲翼旋翼耦合構(gòu)型包括兩片獨(dú)立的撲翼I和兩個(gè)翼梁7，所述兩片撲翼I反對(duì)稱布置在橫梁的兩端外側(cè)，所述橫梁由兩個(gè)翼梁7組成，橫梁是反對(duì)稱、有一定迎角并具有翼型的結(jié)構(gòu)。撲翼產(chǎn)生的兩個(gè)反方向推力形成力偶驅(qū)動(dòng)橫梁及撲翼作自驅(qū)旋轉(zhuǎn)，且不會(huì)產(chǎn)生反扭矩，在旋轉(zhuǎn)時(shí)橫梁類似于直升機(jī)的旋翼可以提供升力；撲翼的旋轉(zhuǎn)周向速度可以增大撲翼本身產(chǎn)生的升力，由于橫梁的旋轉(zhuǎn)兩片撲翼還可以進(jìn)行尾跡的有利干擾和相互利用，進(jìn)一步獲得升力提升，從而在整體上起到增升作用；撲翼與旋翼相結(jié)合的技術(shù)能夠很好地提高飛行穩(wěn)定性和安全性。
[0030]應(yīng)用上述的撲翼旋翼耦合構(gòu)型，本發(fā)明還提供一種撲旋翼微型飛行器，如圖1，包括撲翼1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2、起落架3、機(jī)身4、深溝球軸承5、連接軸6和翼梁7。所述撲翼
I有兩片，分別連接各自的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2，二者組成裝配體后，反對(duì)稱安裝在由兩個(gè)翼梁7組成的橫梁兩端外側(cè)。
[0031]所述撲翼I后緣呈拋物線形狀，且弦長(zhǎng)最大處的后緣點(diǎn)為拋物線頂點(diǎn)，該頂點(diǎn)固定連接在裝配體上。過(guò)后緣點(diǎn)和拋物線起點(diǎn)向拋物線內(nèi)部做兩條相互垂直的線，過(guò)拋物線起點(diǎn)的直線為撲翼前緣，過(guò)后緣點(diǎn)的直線為弦。選用合適的柔性材料作為撲翼的翼面材料，采用撲翼前緣骨架和后緣點(diǎn)單點(diǎn)固定的方式將翼面前緣粘接在前緣骨架上，兩片撲翼的翼面形狀以及制作出的撲翼I均應(yīng)沒(méi)有明顯差別，制作后的撲翼I的前緣骨架應(yīng)伸出適當(dāng)長(zhǎng)度，以能夠與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2組裝在一起實(shí)現(xiàn)撲動(dòng)，撲動(dòng)過(guò)程中，撲翼I撲動(dòng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2、翼梁7之間無(wú)擾動(dòng)。
[0032]所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2由電動(dòng)機(jī)、電源、導(dǎo)線、減速裝置以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配在一起組成，其中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與撲翼I的前緣骨架相連，撲翼I后緣通過(guò)單點(diǎn)固定于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2上，當(dāng)電源接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠通過(guò)減速裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)撲翼I前緣骨架上下周期運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了撲翼I的撲動(dòng)。
[0033]如圖3，翼梁7包括翼型段7b、過(guò)渡段7c和翼梁中段7d，在所述翼型段7b設(shè)置減輕孔7a，翼梁中段7d的一端開(kāi)有半圓孔7e。其中，減輕孔7a在保證結(jié)構(gòu)最小強(qiáng)度和剛度條件下能夠減輕結(jié)構(gòu)重量，翼型段7b能夠在撲翼I旋轉(zhuǎn)時(shí)起到旋翼作用而增大升力。過(guò)渡段7c是翼梁中段7d和翼型段7b的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，翼型段7b的翼型弦線與翼梁中段7d上下表面存在一定的扭轉(zhuǎn)角，即翼梁旋轉(zhuǎn)的迎角；將兩個(gè)翼梁7的半圓孔7e相對(duì)形成圓孔，圓孔與連接軸6配合，起到定位作用；兩個(gè)翼梁7的翼型段7b的翼型弦線關(guān)于連接軸6的軸線反對(duì)稱，使得兩個(gè)翼型段7b在繞連接軸6的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠起到類似直升機(jī)旋翼的增升作用。
[0034]所述的連接軸6為圓柱形，如圖2，其直徑與兩個(gè)半圓孔7e組成的圓孔的內(nèi)徑相同，連接軸6的一端用于所述圓孔固接，另一端與深溝球軸承5內(nèi)圈裝配在一起。
[0035]所述深溝球軸承5的外圈裝配在機(jī)身4上，機(jī)身4內(nèi)部中空，可以用來(lái)放置有效載荷，機(jī)，4下部安裝起落架3 (見(jiàn)圖1)。
[0036]上述各部件的裝配過(guò)程為:
[0037]首先將撲翼1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2組成裝配體，然后將所述裝配體與翼梁7的翼型段7b端部裝配在一起，撲翼I在翼型段7b端部外側(cè)，且撲翼I前緣骨架撲動(dòng)平面平行于翼型段7b前緣，與翼梁7旋轉(zhuǎn)平面無(wú)干擾。調(diào)整好撲翼I前緣骨架的撲動(dòng)平面與翼型段7b弦線之間的相對(duì)角度，使得撲翼I拍動(dòng)時(shí)具有一個(gè)合適的初始迎角，以使得撲翼I撲動(dòng)時(shí)能夠產(chǎn)生所需的升推力之比。將兩個(gè)翼梁7通過(guò)翼梁中段7d反對(duì)稱安裝在一起，此時(shí)兩個(gè)半圓孔7e組成一個(gè)圓孔并與連接軸6的一端固接，將連接軸6的另一端連接深溝球軸承5，至此設(shè)計(jì)的微型飛行器已裝配完畢，通電試飛，可以根據(jù)實(shí)際效果調(diào)整撲翼前緣骨架的撲動(dòng)平面與翼型段7b的弦線之間的安裝角度。由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的微型飛行器的目的是驗(yàn)證本發(fā)明的撲翼旋翼耦合構(gòu)型的有效性，并未包括能夠控制微型飛行器姿態(tài)的控制面，因此在飛行過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)樯顪锨蜉S承5的摩擦使得機(jī)身4會(huì)隨著撲翼I的旋轉(zhuǎn)獲得很小的力矩，進(jìn)而做緩慢的旋轉(zhuǎn)，屬于正?，F(xiàn)象，如果需要可以通過(guò)采用控制措施抵消這一扭矩。
[0038]本發(fā)明的微型飛行器產(chǎn)生升力的原理相當(dāng)于在槳尖噴氣直升機(jī)基礎(chǔ)上增加撲翼升力，撲翼旋轉(zhuǎn)是自驅(qū)旋轉(zhuǎn)，在理論上不產(chǎn)生反扭。本發(fā)明的微型飛行器中兩片撲翼產(chǎn)生對(duì)稱升力和反對(duì)稱推力，反對(duì)稱推力形成力偶驅(qū)動(dòng)撲翼旋轉(zhuǎn)。通過(guò)調(diào)整翼梁長(zhǎng)度及翼梁與撲翼的相對(duì)安裝角度，可以使得撲翼具有一個(gè)合適的初始迎角，翼梁能在撲翼自驅(qū)旋轉(zhuǎn)時(shí)起到良好的增升效果，而同時(shí)旋轉(zhuǎn)的周向速度又能對(duì)撲翼升力的增加起到適當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)作用。
[0039]本發(fā)明的撲翼旋翼耦合構(gòu)型能夠產(chǎn)生較大升力。實(shí)驗(yàn)表明，撲翼產(chǎn)生的升力和推力與其安裝的初始迎角以及前飛速度密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)整初始迎角可以獲得適當(dāng)?shù)纳苩匕，使得兩片撲翼產(chǎn)生的推力形成的力偶能夠提供合適的周向旋轉(zhuǎn)速度，此時(shí)兩片撲翼產(chǎn)生的升力的合力、撲翼旋轉(zhuǎn)提供的增升作用的整體效果最優(yōu)，升力最大；其次，帶有一定迎角的翼梁在旋轉(zhuǎn)時(shí)相當(dāng)于直升機(jī)旋翼而產(chǎn)生升力，而由于撲翼處在橫梁外側(cè)，產(chǎn)生的流場(chǎng)對(duì)翼梁幾乎沒(méi)有干擾，因此可以僅通過(guò)改變翼梁的安裝角度達(dá)到最優(yōu)的升力效果；再者，由于懸停時(shí)自驅(qū)旋轉(zhuǎn)為周期性運(yùn)動(dòng)，這樣一片撲翼相當(dāng)于處在另一片撲翼產(chǎn)生的尾流場(chǎng)中，這類似鳥(niǎo)類遷徙可以相互利用尾渦進(jìn)一步增大升力。
[0040]本發(fā)明的撲翼旋翼耦合構(gòu)型很好地結(jié)合了撲翼和旋翼技術(shù)，可以增強(qiáng)飛行穩(wěn)定性，如果在飛行過(guò)程中出現(xiàn)故障，反對(duì)稱安裝的撲翼以及翼梁的旋轉(zhuǎn)會(huì)顯著降低微型飛行器的墜落速度，減輕結(jié)構(gòu)受到損毀的程度，從而在一定程度上提升了微型飛行器發(fā)生故障時(shí)的安全性。
[0041]實(shí)施例:
[0042]本例中給出一組本發(fā)明微型飛行器各參數(shù)設(shè)計(jì)尺寸，結(jié)合以上關(guān)于本發(fā)明的微型飛行器的制作步驟:
[0043]第一步，撲翼I的翼面材料為聚氯乙烯薄膜，前緣骨架為直徑為0.8mm的碳纖維骨架，單片撲翼展長(zhǎng)為37.5mm,弦長(zhǎng)為25mm，撲翼后緣呈拋物線形狀，且弦長(zhǎng)最大處后緣點(diǎn)為拋物線頂點(diǎn)，作為單點(diǎn)固接點(diǎn)；
[0044]第二步，選取微型電動(dòng)機(jī)，電源為鋰電池；
[0045]第三步，翼梁7材料為碳纖維，翼梁中段7d長(zhǎng)度為5臟，過(guò)渡段7c為5臟，翼型段7b為30mm，翼型弦長(zhǎng)為10mm，半圓孔7e直徑為4臟，翼型段7b采用的翼型為NACA0012，與翼梁中段7d的扭轉(zhuǎn)角為15° ;
[0046]第四步，連接軸6長(zhǎng)度為30mm，直徑為4mm，深溝球軸承5為GB/T5800-2003系列，內(nèi)徑為4mm，外徑為Ilmm ；
[0047]第五步，機(jī)身4上部為空心圓臺(tái)形，下部為空心圓柱形，圓柱下表面為封閉平面，起落架3為四片相同的具有向四周彎曲形狀的支撐片，均勻固接在機(jī)身4下表面，機(jī)身4與起落架3材料均為碳纖維；
[0048]第六步，撲翼1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源2的裝配體與翼型段7b弦線的相對(duì)角度為20°，即撲翼I的初始迎角為35°。
[0049]本實(shí)施例，飛行器飛行過(guò)程中最大單方向尺寸為155mm，通過(guò)減小撲翼I的大小、調(diào)整翼梁2的長(zhǎng)度可以實(shí)現(xiàn)整體尺寸的進(jìn)一步縮小。
[0050]對(duì)于上述裝配的撲旋翼微型飛行器，整體載荷不超過(guò)30克，在上述裝配條件下，啟動(dòng)電源后能夠?qū)崿F(xiàn)正常起飛。
【權(quán)利要求】
1.一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型，其特征在于:兩片獨(dú)立的撲翼反對(duì)稱布置在一段橫梁的兩端外側(cè)，預(yù)先設(shè)定兩片撲翼的初始迎角，橫梁由兩個(gè)翼梁連接組成，兩個(gè)翼梁反對(duì)稱連接并且預(yù)設(shè)迎角，具有翼型結(jié)構(gòu)；撲翼在上下?lián)鋭?dòng)過(guò)程中，同時(shí)產(chǎn)生升力和推力，兩片撲翼產(chǎn)生的升力方向相同；撲翼產(chǎn)生的兩個(gè)反方向推力形成力偶驅(qū)動(dòng)橫梁及撲翼作自驅(qū)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型，其特征在于:所述的翼梁包括翼型段、過(guò)渡段和翼梁中段，翼梁中段的一端開(kāi)有半圓孔；過(guò)渡段是翼梁中段和翼型段的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，翼型段的翼型弦線與翼梁中段上下表面存在的扭轉(zhuǎn)角即為翼梁旋轉(zhuǎn)的迎角；將兩個(gè)翼梁的半圓孔相對(duì)形成圓孔，與連接軸固定連接；兩個(gè)翼梁的翼型段的翼型弦線關(guān)于連接軸的軸線反對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種撲翼旋翼耦合構(gòu)型，其特征在于:在所述翼型段設(shè)置沿軸向的減輕孔。
4.一種基于撲翼旋翼耦合構(gòu)型的微型飛行器，其特征在于:包括撲翼、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源、起落架、機(jī)身、深溝球軸承、連接軸和翼梁；兩片獨(dú)立的撲翼分別與兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源裝配成為整體，稱為裝配體，并能夠進(jìn)行單獨(dú)控制實(shí)現(xiàn)撲動(dòng)；將兩段翼梁相對(duì)于連接軸的軸線反對(duì)稱組裝在一起成為橫梁，撲翼、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源組成的兩個(gè)裝配體分別安裝在橫梁的兩端，撲翼在橫梁外側(cè)；根據(jù)需要調(diào)整裝配體安裝的角度，即撲翼拍動(dòng)時(shí)的初始迎角；所述連接軸一端與橫梁固接在一起，另一端與深溝球軸承內(nèi)圈裝配在一起，深溝球軸承的外圈與機(jī)身上部裝配，機(jī)身下部布置起落架；連接軸、翼梁、撲翼、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源組成的整體能夠相對(duì)于機(jī)身自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在電源接通撲翼?yè)鋭?dòng)時(shí)，兩片反對(duì)稱安裝的撲翼產(chǎn)生的力偶能夠?qū)崿F(xiàn)橫梁和撲翼的自驅(qū)旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于撲翼旋翼耦合構(gòu)型的微型飛行器，其特征在于:所述撲翼后緣呈拋物線形狀，且弦長(zhǎng)最大處的后緣點(diǎn)為拋物線頂點(diǎn)，該頂點(diǎn)固定連接在裝配體上；過(guò)后緣點(diǎn)和拋物線起點(diǎn)向拋物線內(nèi)部做兩條相互垂直的線，過(guò)拋物線起點(diǎn)的直線為撲翼前緣，過(guò)后緣點(diǎn)的直線為弦長(zhǎng)；撲翼的翼面材料選用聚氯乙烯薄膜，采用撲翼前緣骨架和后緣點(diǎn)單點(diǎn)固定的方式將翼面前緣粘接在前緣骨架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于撲翼旋翼耦合構(gòu)型的微型飛行器，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源由電動(dòng)機(jī)、電源、導(dǎo)線、減速裝置以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配在一起組成，其中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與撲翼的前緣骨架相連，撲翼后緣通過(guò)單點(diǎn)固定于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源上，當(dāng)電源接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠通過(guò)減速裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)撲翼前緣骨架上下周期運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了撲翼的撲動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于撲翼旋翼耦合構(gòu)型的微型飛行器，其特征在于:所述的翼梁，其翼型段采用的翼型為NACA0012，與翼梁中段的扭轉(zhuǎn)角為15°。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于撲翼旋翼耦合構(gòu)型的微型飛行器，其特征在于:所述的撲翼、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電源的裝配體與翼型段弦線的相對(duì)角度為20°，即撲翼的初始迎角為 35。。
【文檔編號(hào)】B64C33/00GK103552688SQ201310556510
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】李道春, 向錦武, 甄沖, 孫毅, 范新 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)