[发明专利]一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统及方法

说明书

本发明公开了一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统及方法，它解决了现有技术不适用于大型飞鸟的仿生研究、大多依赖于专用起降跑道的问题，具有能够实现扑翼起飞、固定翼巡航，能够在巡航阶段灵活地改变固定翼的角度的效果；其技术方案为：包括驱动装置和控制系统，驱动装置通过传动机构连接大齿轮，大齿轮两侧分别设有一个与之同心的滑槽，滑槽两侧通过三角式固定轴连接控制系统；大齿轮的中心两侧分别通过曲柄摇杆机构连接机翼主翼梁，机翼主翼梁与机身主梁转动连接；机翼主翼梁的扑打幅度由安装于机身主梁侧面的角度传感器检测，角度传感器将检测信号传至控制系统，控制系统控制三角式固定轴与滑槽内某一配合孔匹配，实现扑固翼转换。

技术领域

本发明涉及仿生扑翼飞行器领域，尤其涉及一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统及方法。

背景技术

扑翼飞行器是一种模仿飞鸟或昆虫飞行原理设计制造的新概念飞行器。与固定翼飞机不同，固定翼飞机是依靠机翼产生升力，依靠发动机的推力或牵引产生前行力，而扑翼飞行器的升力和推力都是由一个扑翼系统产生。扑翼飞行具有特殊的气动特性，更易于向微型化发展。仿生学研究表明，当尺寸小到一定程度之后，扑翼飞行具有无法替代的特性。此外扑翼飞行器还具有尺寸小、重量轻和隐蔽性好的特点，基于此重要的战略意义，广泛受到军事领域的重视，在近几十年来得到迅速的发展。

飞鸟和昆虫的翅膀在整个飞行过程中都有个共同的运动特点——扑打，扑打是绕与其飞行方向相同的拍打轴的角度运动。在不同的飞行状态下，扑打角是变化的。飞鸟和昆虫通过改变扑打角的角度实现最佳的气动性能。滑翔得以持续的条件是：体重/速度＝移动距离/失高，因而升力与阻力的比值越高、滑翔时扑打角的角度愈小时，下沉的速度也愈慢，从而获得较远的水平滑翔距离。由此可见滑翔时扑打角角度直接影响滑翔的距离，然而并不总是滑翔距离越大越好，需要根据实际情况通过扑打角角度的变化，以调整滑翔距离。如仿信天翁变体机翼在由滑翔转为着陆时气动优化外形角度约为-5°，在由滑翔转为突防俯冲时气动优化外形角度约为30°，而在巡航时气动优化外形的角度约为-15°。

当前国内外针对大型飞鸟全飞行模式机制转换进行机构仿生的研究偏少，仅有的混合运动式仿生飞行器结构多为扑旋翼模式，即扑翼和旋翼相配合，该类飞行器仿生对象为飞虫和小型飞鸟，不适合用于对大型飞鸟的仿生研究。因此，需设计一种扑固翼运动模式的飞行器以解决上述问题。

而在扑固翼飞行器构思中一个关键问题就是，如何实现扑翼飞行模式和固定翼飞行模式间的平稳、准确转换。该转换不仅仅是扑翼和固定翼间的单一转换，还需在固定翼飞行模式下，动态调整机翼的角度，以实现飞行器在不同情况下均达到最佳气动性能。因此亟需设计一种实现扑固翼结构多角度准确转换的机电系统。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统及方法，其具有能够实现扑翼起飞、固定翼巡航，效率高，巡航速度快，能够在巡航阶段灵活地改变固定翼的角度的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种实现扑固翼结构多角度精确转换的系统，包括驱动装置和控制系统，驱动装置通过传动机构连接一个大齿轮，大齿轮两侧分别设有一个与之同心的滑槽，滑槽两侧通过三角式固定轴连接控制系统；

大齿轮的中心两侧分别通过曲柄摇杆机构连接机翼主翼梁，机翼主翼梁与机身主梁转动连接，大齿轮的旋转带动机翼主翼梁实现扑打操作；

机翼主翼梁的扑打幅度由安装于机身主梁侧面的角度传感器检测，角度传感器将检测信号传至控制系统，控制系统控制三角式固定轴与滑槽内某一配合孔匹配，实现扑固翼转换；

进一步的，所述滑槽内间隔设定距离设置多个配合孔，三角式固定轴与不同配合孔连接时的扑打角不同。

进一步的，所述大齿轮中心固定有中心轴，中心轴两端分别连接曲柄摇杆机构；