[发明专利]扑翼推力调整机构及方法

说明书

本公开提供一种扑翼推力调整机构，包括：配重装置，配置在扑翼前缘，所述配重装置一端与扑翼翼尖区域连接，另一端与扑翼翼根区域连接；以及作动器，驱动所述配重装置沿着所述扑翼前缘运动；本公开同时提供一种采用上述的扑翼推力调整机构进行扑翼推力调整的方法，包括以下步骤：基于扑翼扑打幅度和扑打频率，通过作动器调节配重装置在扑翼前缘的展向位置，从而调整翼面的扭转幅度以及扑翼推力。

技术领域

本公开涉及一种扑翼推力调整机构及方法。

背景技术

当前人造扑翼飞行器研究领域逐渐演进为较大型高飞行效率的仿鸟扑翼飞行器与较小型具备灵活控制特征的仿昆虫扑翼飞行器。

仿昆虫扑翼飞行器由于翼面较小、扑打频率较高，较易通过上下扑打行程占空比控制、抬升角或平均迎角控制、或频率差动控制等手段实现自主起降、悬停与空间高速移动。然而当前仿昆虫扑翼飞行器载荷能力极为有限，相当一部分仿昆虫扑翼飞行器仍需要采用地面电源和系留方式飞行。

仿鸟扑翼飞行器多采用高升阻比构型，续航与载荷能力较好。然而由于其多采用刚性杆件支撑翼面结构，使得翼面惯量较大，且扑打频率较低，而上下扑打占空比、抬升角/迎角、频率差动等控制方式还需要消耗巨大能量，周期气动力对控制结构、作动器的冲击对作动器功率与结构刚度均提出较大挑战，低频导致的控制力周期非定常特性难以克服。

由此，当前较大型扑翼飞行器几乎全部采用置于扑翼诱导流场区域的常规尾舵进行控制。由于扑翼尾流中诱导速度较低，存在较大非轴向分量，尾舵效远低于常规飞行器。在过失速机动状态下为了在周期脉动流场中提高有限的舵效，尾舵必须具备高刚性与较大的翼面积，而如果采用较大功率作动器，又将会额外增加飞行器尾部重量。因此当前大型扑翼飞行器仍然难以实现自主垂直起降、悬停等机动，同时载重与续航能力也远低于理论值。

人们所熟知的昆虫翅痣的作用为提高其高速滑翔的极限颤振速度，因此一些高速飞机在设计过程中模仿昆虫翅痣在机翼前缘增设配重，避免相对柔性的翼面在俯冲等高速状态下出现颤振现象。然而除此以外，翅痣对于扑翼的作用还包括以下两点：

1)作为被动扭转调节器：由于昆虫翼与绝大多数扑翼气动焦点处于扭转轴后方，在扑打过程中气动力会使翼面扭转，扑翼扑打幅度越大，频率越高，其气动力越大，扭转幅度越大，而由于昆虫的翅痣的位置处于翼面扭转轴前方，这将会提供与气动力相反的扭转趋势，减小扭转幅值；

2)提高主动扑打速度：扑翼的扭转运动与螺旋桨的几何桨距具有共性。螺旋桨在静止状态下具有最大推力，随着飞行速度增加，推力逐渐下降至零，当速度继续增加时，螺旋桨将产生阻力。同样的，当扑翼扭转幅度较小，飞行速度较低时，其将产生正周期平均推力，即所谓主动扑打；当扑翼扭转幅度较大，飞行速度较高时，将产生负推力，即所谓被动扑打。具体扭转幅度与推力极性关系可由推进波速度与来流速度的关系确定，借鉴第1)点可知，翅痣对扭转幅值的减小将提高主动扑打的临界速度。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供一种扑翼推力调整机构及扑翼推力调整方法。扑翼推力调整机构的设置是受启发于蜻蜓目、脉翅目、啮虫目等类别昆虫的翅痣的微小布局差异对于扑翼扑打、扭转幅度的影响而导致的推进效能发生巨大改变的现象，主要针对机动性能需求较高的大型扑翼翼面主动控制难题，提出了一种翅痣位置可变的系统，即扑翼前缘微动推力调整机构。

根据本公开的一个方面，扑翼推力调整机构包括：配重装置，配置在扑翼前缘，配重装置一端与扑翼翼尖区域连接，另一端与扑翼翼根区域连接；以及作动器，驱动配重装置沿着扑翼前缘运动。

根据本公开的至少一个实施方式，配重装置沿着扑翼前缘运动时，与前缘主梁接触；配重装置一端与前缘主梁上靠近翼尖区域的一端连接，另一端与配置在扑翼翼根区域的作动器连接。