[发明专利]一种被动气门式双层振翅悬停器

说明书

本发明公开一种被动气门式双层振翅悬停器，涉及空气环境下振翅悬停飞行技术领域，包括悬停器机架、双层被动气门式翼面结构、对称振动机构和驱动机构；驱动机构经对称振动机构驱使上下双层翼面结构实现上下周期振动，在振动过程中翼面结构上的条状薄膜气门能够在惯性力和空气阻力的作用下被动开合，并与翼面的周期振动自适应协调，依靠气门被动开合角度的改变来改变翼面风阻面积、产生风阻差并以此来提供升力，实现了一种空中悬停新模式，具备垂直起降、稳定悬停等性能。上述振翅悬停飞行器还具有翼面设计巧妙、振动方式简单、飞行效率高、整体稳定性强、制造成本低和实用性强的特点。

技术领域

本发明涉及空气环境下振翅悬停飞行技术领域，特别是涉及一种被动气门式双层振翅悬停器。

背景技术

能够实现稳定悬停的微型飞行器按其飞行方式主要可分为旋翼飞行器和扑翼飞行器两种，两者均被证明具有良好的气动效率。目前最成熟的并且具有垂直起降和悬停功能的旋翼飞行器，比较适宜在室内等狭小空间或者较复杂的地形环境中使用，其旋翼结构布局有单旋翼式、双旋翼垂直分布式、四旋翼水平分布式和六旋翼分布式等，其中四旋翼水平分布式和六旋翼分布式运用最为广泛，比较典型的有加拿大Draganfly公司研制的DraganflyerX4四旋翼飞行器和英国曼彻斯特大学研制的一种新型Hexrotor六旋翼飞行器。扑翼飞行器是模仿飞行生物，在更小尺度空间和低雷诺数下均能够保持较高的飞行效率，相对旋翼飞行器更有优势。典型的悬停飞行的扑翼飞行器有2013年哈佛大学研制的仿生苍蝇飞行器、2014年纽约大学研制的仿生水母飞行器以及荷兰代尔夫特大学研制的Delfly系列等。

近年来还提出一种扑旋翼复合式气动飞行器很好地融合了扑翼和旋翼的特点，可借鉴昆虫等利用扑翼产生高升力的原理获得较大的升力。

以上三种可以实现悬停的飞行器虽然各有优势，但同时也存在局限性。旋翼式飞行器在低雷诺数下气动性能恶化显著，飞行效率低，同时旋翼需要抵消因旋转产生的扭力导致自身结构复杂；扑翼飞行器不仅运动机理复杂，机构实现困难，而且实际应用中受尺度局限较大；扑旋翼飞行器旋转的不可控性很容易影响其自身的悬停稳定性。因此，发明一种结构简单、制作成本低、飞行效率高同时又可稳定悬停飞行的飞行器是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制作低成本、飞行效率高、可垂直起降并稳定悬停的被动气门式双层振翅悬停器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种被动气门式双层振翅悬停器，包括悬停器机架、双层被动气门式翼面结构、对称振动机构和驱动机构；所述悬停器机架包括固定架和两根平行设置的滑动导轨，所述固定架安装在两根所述滑动导轨上，所述固定架用于固定并约束所述驱动机构和两根所述滑动导轨；所述双层被动气门式翼面结构包括两个对称振动且同向设置的独立翼面，所述独立翼面包括中心辐射状碳纤维骨架、弹性丝线和条状薄膜气门，所述中心辐射状碳纤维骨架上由内至外缠绕多根所述弹性丝线形成弹性丝线网，所述弹性丝线网上覆盖多条所述条状薄膜气门，所述条状薄膜气门的一侧边与所述弹性丝线粘接，所述条状薄膜气门的另一侧边自由摆动开合；所述对称振动机构包括中心曲轴、连杆和与所述滑动轨道滑动连接的滑块，所述中心曲轴的两端分别连接一根所述连杆，每根所述连杆的外端均与一所述滑块连接，两块所述滑块分别通过弹簧与两个所述独立翼面的中心连接，所述中心曲轴与所述驱动机构连接；所述驱动机构驱动所述中心曲轴转动进而带动上下两个所述独立翼面反向运动，在所述独立翼面的上下行程中所述条状薄膜气门能够在惯性力和空气阻力的作用下被动开合，所述独立翼面的受风阻面积将随各所述条状薄膜气门开合角度的变化而变化。

可选的，所述独立翼面为正方形翼面，所述中心辐射状碳纤维骨架包括4根碳纤维杆，且4根所述碳纤维杆通过一长方体连接件连接。