[发明专利]一种具有高推进效率的多自由度扑翼微型飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及微型仿生飞行器技术领域，尤其是涉及一种具有高推进效率的多自由度扑翼微型飞行器。

背景技术

仿生扑翼飞行器是模仿鸟类和昆虫飞行、基于仿生学原理设计制造的一种新型飞行器。它与固定翼和旋翼飞行器相比，有着不可比拟的优势和特点：如原地或小场地起飞，极好的机动性和一定的空中悬停能力，可以用较少的能量进行长时间飞行。研究发现，当微型飞行器特征尺寸减小到15cm，仅扑翼飞行器能保证优异的飞行能力，同时兼具固定翼和旋翼的优点，这使扑翼飞行器在微型化方面更具优势。此外，扑翼飞行器具备一定的仿生性，可以造成视觉忽略，达到隐形的效果。研究扑翼微型飞行器的目标是提高其自身的稳定性和灵活性，尽可能地缩小微型扑翼飞行器的尺寸，以适应未来军事中多任务作战的目的。

随着微机电技术(MEMS)的发展，扑翼飞行器逐渐成为人们研究的热点，以美国为首的麻省理工学院、哈佛大学、佐治亚理工学院、加州大学伯克利分校，荷兰代尔夫特大学，德国的费斯托公司，日本千叶大学，新加坡国立大学以及国内的南航、西北工大、北航等在气动机理、飞行动作路径规划、能源效率利用和驱动机构效率方面均取得了一定的成果。较为有代表意义的：美国国防先进预研局(DARPA)资助下的蜂鸟，被列为2011年全球50大发明之一；美国哈佛的电子蝇成功列入《SCIENCE》杂志期刊；德国发明的仿生智能鸟(SmartBird)、仿生蜻蜓也成功的在汉诺威工业博览会上展出，被认为是工业革命4.0时代下的新型产物；国内昂海松为代表发明的仿鸟类扑翼飞行器也极大地引起了人们广泛关注，推进我国扑翼飞行器的发展。

经过对现有技术文献检索发现：专利US 20160159477，名称为Resonance Motor Direct Drive Flapping Wing Micro Air Vehicle System(共振式电机直驱扑翼微型飞行器系统)，以两个电机直接为驱动源驱动一对翅膀的扑翼动作，该机构具有传递效率较高、驱动灵活等特点；专利CN 102887224A，名称为昆虫仿真扑翼飞行器，该飞行器可以进行多种动作路径扑动，飞行机动性较强。对于现有的扑翼飞行器机构多为一维空间下单纯扑动，存在飞行模式较为固化，飞行不稳定等问题；在三维空间下设计的扑动机构，虽然飞行较为灵活，但难以完全模仿扑翼生物的飞行，多数机构其推进效率和飞行灵活性不能兼得，因此需要在推进效率和扑翼灵活性方面进行更深一步的探索研究。本发明设计主要针对以上两方面进行设计，在推进效率方面，巧妙地利用机构自身的耦合性，将齿轮传动内部设计成螺旋桨叶的形状，在机构传动的过程中，不额外的增加动力源的情况下，利用自身桨叶的旋转产生推力；在飞行灵活性方面，在现有曲柄摇杆机构的设计基础上增加了一组齿轮，使整体的扑动动作由一维空间变换为三维空间，使之具有更高的气动效率；综上所述，该机构的飞行灵活，推进效率较高，方便设计制造，实用性更强。

发明内容

本发明提供一种具有高推进效率的多自由度扑翼微型飞行器，为目前扑翼飞行器关于推进装置和新型机构设计提供了一种新的思路，增加飞行灵活性的同时也提高了推进效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，电路集成模块和机体架固定在机身上，电机减速机构和超薄深沟球轴承固定于机体架上，曲柄摇杆机构首尾两端分别固定在螺旋推进机构和机体架上，尾翼固定于机身上；螺旋推进机构安装在超薄深沟球轴承上，扭转机构固定于曲柄摇杆机构的执行末端，扑翼翅膀固定于扭转机构上，升降机构固定于机身尾部；

所述扭转机构的结构是：机体架上粘接有机架固定齿轮，机架固定齿轮啮合有摆动齿轮，摆动齿轮的轴向上固定有扑翼翅膀，扑翼翅膀轴接于曲柄摇杆机构的末端，轴肩挡圈固定在扑翼翅膀上，曲柄摇杆机构末端绕微型轴销往复转动；

所述升降机构的结构是：直线驱动装置固定于电路集成模块上，控制杆的两端分别轴接于升降舵和直线驱动装置，升降舵的尾端轴接于机身尾部的风口处；

所述螺旋推进机构的结构是：顺向螺旋桨叶齿轮和逆向螺旋桨叶齿轮的两个叶片结构旋向相反。