[发明专利]一种鳞片式翼面积可变的扑翼飞行器

说明书

本发明公开了一种鳞片式翼面积可变的扑翼飞行器。在该飞行器结构中，两驱动电机分别通过对应的曲柄连杆机构驱动对应的机翼骨架，机翼表面连弦与机翼骨架穿插连接，机翼悬挂叶片连接在机翼表面连弦上，形成鳞片式机翼结构。工作时，驱动电机驱动机翼骨架上下扑动产生升力。本发明的结构简单，鳞片式机翼上下扑动角度范围与水平线成10°~45°，机翼上挥时迎风，机翼悬挂叶片处于自由垂直状态，迎风面积和阻力较小，机翼下扑时受到空气阻力与机翼表面连弦约束，机翼悬挂叶片处于层层相叠犹如鳞片状，使迎风面积与阻力大大增加，产生升力大，气动效率和飞行效率高。此外，本发明的成本低，对动力源的转速要求不高，可用相对廉价低端的电机实现飞行。

技术领域

本发明涉及一种鳞片式可改变翼面迎风面积的扑翼飞行器，属于扑翼飞行器技术领域。

背景技术

飞行器的研究源于对鸟类等飞行生物的仿生学，现代飞行器主要基于鸟类的翱翔与昆虫的高频扑翼实现升阻比大于1，从而实现飞行效果。传统的固定翼飞行器，其产生升力的方式来源于机翼上下两侧流体流速不同产生的压强差而产生的升力，而传统的旋翼飞行器则是通过机翼旋转产生向上分力而产生升力。这两种飞行器都要求机翼有相当高的运动速度，对发动机转速的要求都极其苛刻，同时由于产生升力的方式限制，发动机所转化为飞行的效率十分有限且不能接受过大的环境干扰。因此，突破传统飞行器的飞行方式，改善飞行器结构的合理性成为优化飞行效率及成本的关键因素。

扑翼式飞行器与这两种飞行器相比，具有高效率、低噪声、更灵活的特点，可以像鸟一样通过机翼主动运动产生升力和前行力，从而得到广泛的关注。其主要的特征为：(1)机翼主动运动；(2)靠机翼拍打空气的反力作为升力及前行力；(3)通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。

目前，国内外所研制的扑翼式飞行器均采用整体机翼结构，通过机翼运动的急回特性以及机翼受力时产生向上的分力来产生升力。这样的飞行方案对整体机翼造型结构，机翼运动频率要求很高，但飞行效率却十分低下，大部分动力消耗于机翼每次摆动克服空气阻力上。

另一种通过双节机翼的仿生扑翼机有一对双节扑翼上下扑动产生升力，上扑时阻力小，下扑时翼展面积增大，升力大，但其传动机构复杂，翅膀中间关节的弯曲度数小，翼展面积变化范围有限，飞行效率低下。

发明内容

为了克服现有扑翼飞行器存在的问题，本发明提出一种结构简单、翼面积变化范围大的扑翼飞行器机翼结构，可实现扑翼飞行器高效率的运动。

本发明的技术方案为：

一种鳞片式翼面积可变的扑翼飞行器，其主要由机体盒、固连在所述机体盒顶部的固定轴、两前后倒置固定于所述机体盒中的驱动装置、与所述驱动装置对应连接的曲柄连杆机构和两个对称连接在所述固定轴上并与所述曲柄连杆机构对应连接的机翼组成；

所述机翼包括：机翼骨架、机翼表面连弦和机翼悬挂叶片；

所述机翼骨架中部镂空，所述机翼表面连弦与所述机翼骨架连接，并呈阵列分布于所述机翼骨架内；

所述机翼骨架安装在所述固定轴上，绕所述固定轴上下摆动；

上下旋转的所述机翼悬挂叶片悬挂在所述机翼表面连弦上，所述机翼悬挂叶片呈阵列分布，所述机翼悬挂叶片的首尾长度大于相邻两所述机翼表面连弦间的间隙宽度，所述机翼悬挂叶片相互堆叠时形成一个不透风的“整体型”机翼表面；

所述曲柄连杆机构与其对应一侧的所述机翼骨架相连接，带动对应的所述机翼骨架作上下扑动；所述机翼骨架上扑时，所述机翼悬挂叶片受自身重力以及向下的空气阻力作用，旋转至自由垂直状态；所述机翼骨架下扑时，所述机翼悬挂叶片受向上的空气阻力作用，向上翻转，并受所述机翼表面连弦限制。

进一步地，所述机翼骨架符合反齐默尔曼布局，其侧面开有细小孔，所述机翼表面连弦自所述细小孔穿插绷紧与所述机翼骨架连接，并形成阵列分布。