本發(fā)明涉及撲翼機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

撲翼機(jī)相較于傳統(tǒng)的固定翼飛機(jī)在飛行方式上有根本的不同，其依靠翅膀的上下?lián)鋭?dòng)在產(chǎn)生推力的同時(shí)產(chǎn)生升力作為動(dòng)力進(jìn)行飛行。要求撲翼機(jī)的翅膀有一定的柔性才能在撲動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生向后的氣動(dòng)力，翅膀的剛度對(duì)氣動(dòng)力的大小會(huì)產(chǎn)生很大的影響，在實(shí)際制造撲翼機(jī)的時(shí)候，往往很難控制兩個(gè)機(jī)翼有相同的剛度，這就造成了翅膀在撲動(dòng)的時(shí)候由于剛度不同產(chǎn)生不同的氣動(dòng)力，從而造成飛機(jī)產(chǎn)生偏航力矩和滾轉(zhuǎn)力矩，使飛機(jī)偏離直線航行和側(cè)傾，甚至側(cè)傾后墜落。撲翼機(jī)主要靠翅膀端部產(chǎn)生氣動(dòng)力，偏離機(jī)身軸線較遠(yuǎn)。因此，動(dòng)力的不對(duì)稱產(chǎn)生的影響比固定翼更嚴(yán)重。

目前解決這一問(wèn)題的方法主要靠盡量減小兩片機(jī)翼之前剛度的差別，并且通過(guò)加裝方向舵和副翼來(lái)平衡偏航力矩和滾轉(zhuǎn)力矩。

目前解決方案的問(wèn)題是，撲翼機(jī)的機(jī)翼很難達(dá)到在各個(gè)位置各個(gè)方向的剛度完全一致，而且撲翼機(jī)相較于固定翼來(lái)說(shuō)飛行速度小，方向舵難以產(chǎn)生足夠大的操縱力矩。撲翼機(jī)的機(jī)翼上產(chǎn)生的是高度不定常流，不能像固定翼飛機(jī)一樣將副翼安裝在機(jī)翼上，只能安裝在尾翼上，但是尾翼的翼展有限，再加上撲翼較小的飛行速度，副翼實(shí)際能產(chǎn)生的作用也十分有限。而且這種被動(dòng)改正的方法本身會(huì)帶來(lái)不小的阻力，降低撲翼機(jī)的氣動(dòng)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，平衡撲翼機(jī)機(jī)翼剛度不一致帶來(lái)的氣動(dòng)力差，本發(fā)明提出一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置及其控制方法，對(duì)撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力進(jìn)行主動(dòng)控制。該裝置能通過(guò)控制機(jī)翼在撲動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生相對(duì)來(lái)流的俯仰運(yùn)動(dòng)，并控制兩側(cè)機(jī)翼此運(yùn)動(dòng)的幅度，主動(dòng)控制機(jī)翼產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，一方面可以消除機(jī)翼在制造過(guò)程中的剛度差帶來(lái)的氣動(dòng)力差，另一方面可以通過(guò)兩個(gè)機(jī)翼的氣動(dòng)力差改變飛行方向，從而取代方向舵的作用，減輕撲翼機(jī)重量。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置，其特征在于：包括處理器、兩個(gè)傳感器、兩個(gè)舵機(jī)和兩個(gè)搖臂；

兩個(gè)傳感器分別采集撲翼機(jī)機(jī)翼的撲動(dòng)相位，當(dāng)對(duì)應(yīng)機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)時(shí)以及下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)時(shí)產(chǎn)生到位信號(hào)，并將到位信號(hào)發(fā)送給處理器；

處理器在接收到到位信號(hào)時(shí)輸出控制信號(hào)給舵機(jī)；

所述兩個(gè)舵機(jī)分別安裝在與撲翼機(jī)兩側(cè)機(jī)翼最外側(cè)翼段相鄰的機(jī)翼結(jié)構(gòu)上；舵機(jī)輸出端連接搖臂內(nèi)端，搖臂外端與撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段的后梁結(jié)構(gòu)一端連接；

舵機(jī)依據(jù)控制信號(hào)改變與舵機(jī)相連的搖臂的偏轉(zhuǎn)角度；其中當(dāng)機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)搖臂上偏到設(shè)定角度，當(dāng)機(jī)翼下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)搖臂下偏到設(shè)定角度。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置，其特征在于：兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂的偏轉(zhuǎn)角度能夠不同。

所述一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：撲翼機(jī)開(kāi)機(jī)后處理器輸出舵機(jī)偏轉(zhuǎn)位置信號(hào)，控制舵機(jī)帶動(dòng)搖臂偏轉(zhuǎn)到初始位置；

步驟2：撲翼機(jī)機(jī)翼上撲，在機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)時(shí)，一個(gè)傳感器產(chǎn)生到位信號(hào)傳到處理器，處理器輸出舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度信號(hào)，控制兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂同時(shí)上偏到設(shè)定角度，搖臂帶動(dòng)與之連接的后梁上偏，使撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段產(chǎn)生負(fù)迎角；

步驟3：撲翼機(jī)機(jī)翼從上撲轉(zhuǎn)為下?lián)?，在機(jī)翼下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)時(shí)，另一個(gè)傳感器產(chǎn)生到位信號(hào)傳到處理器，處理器輸出舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度信號(hào)，控制兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂同時(shí)下偏到設(shè)定角度，搖臂帶動(dòng)與之連接的后梁下偏，使撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段產(chǎn)生正迎角；

步驟4：撲翼機(jī)機(jī)翼循環(huán)撲動(dòng)，循環(huán)撲動(dòng)過(guò)程中重復(fù)步驟2和步驟3進(jìn)行控制，直至撲翼機(jī)機(jī)翼不再撲動(dòng)。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置的控制方法，其特征在于：處理器向兩個(gè)舵機(jī)輸出的偏轉(zhuǎn)角度信號(hào)能夠不同，使兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂的偏轉(zhuǎn)角度不同。

有益效果

本發(fā)明的有益效果是：機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)處理器控制下的機(jī)翼相對(duì)來(lái)流迎角隨上撲下?lián)鋮f(xié)同變化，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，可提高機(jī)翼產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，并且可捕獲差動(dòng)控制信號(hào)使兩側(cè)機(jī)翼產(chǎn)生不同的迎角變化幅度，從而產(chǎn)生氣動(dòng)力差，抵消了機(jī)翼剛度差異造成的氣動(dòng)力差，并且實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向功能，可以使撲翼機(jī)去掉方向舵，減輕了撲翼機(jī)重量。該裝置能方便地修改程序來(lái)修改差動(dòng)程度，體積小，具有較強(qiáng)的通用性，適合安裝在一段式或兩段式等多種撲翼機(jī)上。裝置成本低，經(jīng)濟(jì)性好。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

附圖1是本發(fā)明在撲翼機(jī)上的安裝俯視圖；

附圖2是控制舵機(jī)在撲翼機(jī)上安裝圖；

附圖3是控制舵機(jī)與機(jī)翼外段連接局部圖；

附圖4是控制舵機(jī)下偏局部圖；

附圖5是控制舵機(jī)上偏局部圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外、術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

由于目前撲翼機(jī)的機(jī)翼很難達(dá)到在各個(gè)位置各個(gè)方向的剛度完全一致，造成了翅膀在撲動(dòng)的時(shí)候由于剛度不同產(chǎn)生不同的氣動(dòng)力，從而造成飛機(jī)產(chǎn)生偏航力矩和滾轉(zhuǎn)力矩，如果采用常規(guī)固定翼飛機(jī)的方向舵和副翼控制方式又存在撲翼機(jī)相較于固定翼來(lái)說(shuō)飛行速度小，方向舵難以產(chǎn)生足夠大的操縱力矩，撲翼機(jī)的機(jī)翼上產(chǎn)生的是高度不定常流，不能像固定翼飛機(jī)一樣將副翼安裝在機(jī)翼上，只能安裝在尾翼上，但是尾翼的翼展有限，再加上撲翼較小的飛行速度，副翼實(shí)際能產(chǎn)生的作用也十分有限等問(wèn)題，而且這種被動(dòng)改正的方法本身會(huì)帶來(lái)不小的阻力，降低撲翼機(jī)的氣動(dòng)效率。

為解決這些問(wèn)題，平衡撲翼機(jī)機(jī)翼剛度不一致帶來(lái)的氣動(dòng)力差，本發(fā)明提出一種撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置及其控制方法，對(duì)撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力進(jìn)行主動(dòng)控制。該裝置能通過(guò)控制機(jī)翼在撲動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生相對(duì)來(lái)流的俯仰運(yùn)動(dòng)，并控制兩側(cè)機(jī)翼此運(yùn)動(dòng)的幅度，主動(dòng)控制機(jī)翼產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，一方面可以消除機(jī)翼在制造過(guò)程中的剛度差帶來(lái)的氣動(dòng)力差，另一方面可以通過(guò)兩個(gè)機(jī)翼的氣動(dòng)力差改變飛行方向，從而取代方向舵的作用，減輕撲翼機(jī)重量。

其中，撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置包括處理器、兩個(gè)傳感器、兩個(gè)舵機(jī)和兩個(gè)搖臂；在該裝置中傳感器負(fù)責(zé)在需要改變控制舵機(jī)偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻發(fā)出到位信號(hào)，微處理器負(fù)責(zé)接收傳感器信號(hào)，并調(diào)整控制舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，搖臂連接在舵機(jī)上，搖臂連接撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段的后梁，通過(guò)控制舵機(jī)搖臂的偏轉(zhuǎn)就可以調(diào)整機(jī)翼在來(lái)流方向的迎角。

具體的，兩個(gè)傳感器分別采集撲翼機(jī)機(jī)翼的撲動(dòng)相位，當(dāng)對(duì)應(yīng)機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)時(shí)以及下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)時(shí)產(chǎn)生到位信號(hào)，并將到位信號(hào)發(fā)送給處理器。處理器在接收到到位信號(hào)時(shí)輸出控制信號(hào)給舵機(jī)。

所述兩個(gè)舵機(jī)分別安裝在與撲翼機(jī)兩側(cè)機(jī)翼最外側(cè)翼段相鄰的機(jī)翼結(jié)構(gòu)上。例如對(duì)于雙段機(jī)翼式撲翼機(jī)，舵機(jī)安裝在雙段機(jī)翼式撲翼機(jī)的內(nèi)段機(jī)翼后部，而如果是單段式撲翼機(jī)，舵機(jī)固定在機(jī)身上。舵機(jī)輸出端連接搖臂內(nèi)端，搖臂外端與撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段的后梁結(jié)構(gòu)一端連接。后梁端部有銷孔，通過(guò)圓柱銷與搖臂外端連接。

舵機(jī)的上下偏轉(zhuǎn)可以控制機(jī)翼后梁的上下偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制機(jī)翼的俯仰角，舵機(jī)的動(dòng)作由處理器輸出控制信號(hào)控制，舵機(jī)依據(jù)控制信號(hào)改變與舵機(jī)相連的搖臂的偏轉(zhuǎn)角度。其中當(dāng)機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)搖臂上偏到設(shè)定角度，使得接下來(lái)機(jī)翼下?lián)溥^(guò)程中撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段上偏，使機(jī)翼產(chǎn)生相對(duì)來(lái)流的負(fù)迎角；當(dāng)機(jī)翼下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)搖臂下偏到設(shè)定角度，使得接下來(lái)機(jī)翼上撲過(guò)程中撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段下偏，使機(jī)翼產(chǎn)生相對(duì)來(lái)流的正迎角。

進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明的目的，傳感器安裝在機(jī)身內(nèi)部，檢測(cè)撲翼機(jī)機(jī)翼的撲動(dòng)相位，對(duì)應(yīng)機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)的時(shí)候和下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)的時(shí)候產(chǎn)生到位信號(hào)，處理器在接收到到位信號(hào)時(shí)輸出控制信號(hào)，使兩個(gè)舵機(jī)改變搖臂偏轉(zhuǎn)的角度，由上偏改為下偏或由下偏改為上偏，使機(jī)翼產(chǎn)生與撲動(dòng)頻率一致的俯仰動(dòng)作，并且可以通過(guò)控制兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂偏轉(zhuǎn)不同角度，調(diào)整兩側(cè)機(jī)翼的俯仰動(dòng)作幅度，進(jìn)而來(lái)調(diào)整兩側(cè)機(jī)翼產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，實(shí)現(xiàn)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)，抵消因機(jī)翼制造誤差帶來(lái)的氣動(dòng)力不對(duì)稱。

如圖1，2，3所示，本實(shí)施例中安裝此裝置的撲翼機(jī)為雙段機(jī)翼式撲翼機(jī)，舵機(jī)安裝在內(nèi)段機(jī)翼側(cè)后部，通過(guò)搖臂與外段機(jī)翼的后梁連接，連接方式采用圓柱銷連接。在圖4中為舵機(jī)下偏局部圖，機(jī)翼上撲時(shí)，控制舵機(jī)下偏帶動(dòng)與搖臂相連的機(jī)翼外段后梁，使機(jī)翼外段產(chǎn)生正迎角。在圖5中為舵機(jī)上偏局部圖，機(jī)翼下?lián)鋾r(shí)，控制舵機(jī)上偏帶動(dòng)與搖臂相連的機(jī)翼外段后梁，使機(jī)翼外段產(chǎn)生負(fù)迎角。

整個(gè)撲翼機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)力差動(dòng)裝置的控制過(guò)程為：

步驟1：撲翼機(jī)開(kāi)機(jī)后處理器輸出舵機(jī)偏轉(zhuǎn)位置信號(hào)，控制舵機(jī)帶動(dòng)搖臂偏轉(zhuǎn)到初始位置；

步驟2：撲翼機(jī)機(jī)翼上撲，在機(jī)翼上撲到最高點(diǎn)時(shí)，一個(gè)傳感器產(chǎn)生到位信號(hào)傳到處理器，處理器輸出舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度信號(hào)，控制兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂同時(shí)上偏到設(shè)定角度，搖臂帶動(dòng)與之連接的后梁上偏，使撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段產(chǎn)生負(fù)迎角；

步驟3：撲翼機(jī)機(jī)翼從上撲轉(zhuǎn)為下?lián)洌跈C(jī)翼下?lián)涞阶畹忘c(diǎn)時(shí)，另一個(gè)傳感器產(chǎn)生到位信號(hào)傳到處理器，處理器輸出舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度信號(hào)，控制兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)搖臂同時(shí)下偏到設(shè)定角度，搖臂帶動(dòng)與之連接的后梁下偏，使撲翼機(jī)機(jī)翼最外側(cè)翼段產(chǎn)生正迎角；

步驟4：撲翼機(jī)機(jī)翼循環(huán)撲動(dòng)，循環(huán)撲動(dòng)過(guò)程中重復(fù)步驟2和步驟3進(jìn)行控制，直至撲翼機(jī)機(jī)翼不再撲動(dòng)。

差動(dòng)控制信號(hào)從地面遙控器傳到撲翼機(jī)的接收機(jī)上，并通過(guò)處理器捕獲此信號(hào)，從而在下一個(gè)上撲下?lián)溲h(huán)的時(shí)候，處理器向兩個(gè)舵機(jī)輸出的偏轉(zhuǎn)角度信號(hào)不同，使一邊的舵機(jī)產(chǎn)生更大的偏轉(zhuǎn)量，另一邊的舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)量會(huì)相應(yīng)減小。偏轉(zhuǎn)量越大，機(jī)翼外段的俯仰動(dòng)作程度越大，此機(jī)翼產(chǎn)生更大的氣動(dòng)力，可以抵消機(jī)翼制造誤差造成的兩機(jī)翼氣動(dòng)力差值?？呻S遙控器搖桿的位置線性控制偏轉(zhuǎn)量的差值。在搖桿偏到最左側(cè)或最右側(cè)時(shí)，可使一側(cè)舵機(jī)偏轉(zhuǎn)量達(dá)到最大，進(jìn)一步增加兩側(cè)機(jī)翼的氣動(dòng)力差值。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。