[发明专利]一种扑翼机机翼气动力差动装置及其控制方法

说明书

本发明提出一种扑翼机机翼气动力差动装置及其控制方法，对扑翼机机翼气动力进行主动控制。装置包括处理器、两个传感器、两个舵机和两个摇臂；该装置能通过控制机翼在扑动过程产生相对来流的俯仰运动，并控制两侧机翼此运动的幅度，主动控制机翼产生的气动力大小，一方面可以消除机翼在制造过程中的刚度差带来的气动力差，另一方面可以通过两个机翼的气动力差改变飞行方向，从而取代方向舵的作用，减轻扑翼机重量。

技术领域

本发明涉及扑翼机设计领域，具体为一种扑翼机机翼气动力差动装置及其控制方法。

背景技术

扑翼机相较于传统的固定翼飞机在飞行方式上有根本的不同，其依靠翅膀的上下扑动在产生推力的同时产生升力作为动力进行飞行。要求扑翼机的翅膀有一定的柔性才能在扑动的时候产生向后的气动力，翅膀的刚度对气动力的大小会产生很大的影响，在实际制造扑翼机的时候，往往很难控制两个机翼有相同的刚度，这就造成了翅膀在扑动的时候由于刚度不同产生不同的气动力，从而造成飞机产生偏航力矩和滚转力矩，使飞机偏离直线航行和侧倾，甚至侧倾后坠落。扑翼机主要靠翅膀端部产生气动力，偏离机身轴线较远。因此，动力的不对称产生的影响比固定翼更严重。

目前解决这一问题的方法主要靠尽量减小两片机翼之前刚度的差别，并且通过加装方向舵和副翼来平衡偏航力矩和滚转力矩。

目前解决方案的问题是，扑翼机的机翼很难达到在各个位置各个方向的刚度完全一致，而且扑翼机相较于固定翼来说飞行速度小，方向舵难以产生足够大的操纵力矩。扑翼机的机翼上产生的是高度不定常流，不能像固定翼飞机一样将副翼安装在机翼上，只能安装在尾翼上，但是尾翼的翼展有限，再加上扑翼较小的飞行速度，副翼实际能产生的作用也十分有限。而且这种被动改正的方法本身会带来不小的阻力，降低扑翼机的气动效率。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，平衡扑翼机机翼刚度不一致带来的气动力差，本发明提出一种扑翼机机翼气动力差动装置及其控制方法，对扑翼机机翼气动力进行主动控制。该装置能通过控制机翼在扑动过程产生相对来流的俯仰运动，并控制两侧机翼此运动的幅度，主动控制机翼产生的气动力大小，一方面可以消除机翼在制造过程中的刚度差带来的气动力差，另一方面可以通过两个机翼的气动力差改变飞行方向，从而取代方向舵的作用，减轻扑翼机重量。

本发明的技术方案为：

所述一种扑翼机机翼气动力差动装置，其特征在于：包括处理器、两个传感器、两个舵机和两个摇臂；

两个传感器分别采集扑翼机机翼的扑动相位，当对应机翼上扑到最高点时以及下扑到最低点时产生到位信号，并将到位信号发送给处理器；

处理器在接收到到位信号时输出控制信号给舵机；

所述两个舵机分别安装在与扑翼机两侧机翼最外侧翼段相邻的机翼结构上；舵机输出端连接摇臂内端，摇臂外端与扑翼机机翼最外侧翼段的后梁结构一端连接；

舵机依据控制信号改变与舵机相连的摇臂的偏转角度；其中当机翼上扑到最高点时，舵机带动摇臂上偏到设定角度，当机翼下扑到最低点时，舵机带动摇臂下偏到设定角度。

进一步的优选方案，所述一种扑翼机机翼气动力差动装置，其特征在于：两个舵机带动摇臂的偏转角度能够不同。

所述一种扑翼机机翼气动力差动装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：扑翼机开机后处理器输出舵机偏转位置信号，控制舵机带动摇臂偏转到初始位置；

步骤2：扑翼机机翼上扑，在机翼上扑到最高点时，一个传感器产生到位信号传到处理器，处理器输出舵机偏转角度信号，控制两个舵机带动摇臂同时上偏到设定角度，摇臂带动与之连接的后梁上偏，使扑翼机机翼最外侧翼段产生负迎角；