[发明专利]一种串列双对翼构造的扑翼飞行器及其操控方法

权利要求书

1.一种串列双对翼构造的扑翼飞行器，其特征在于：包括工字形机身和分别设置在工字形机身左右两侧的串列翼一和串列翼二；所述串列翼一和串列翼二均包括两个串列设置且结构相同的翅翼；所述工字形机身上安装有四个与翅翼一一对应的电机，每个电机的输出轴上均安装有一齿轮；所述工字形机身的左右两侧分别设有一根转轴，每根转轴上转动连接有两个翅翼驱动齿轮；所述翅翼与翅翼驱动齿轮一一对应设置，且翅翼和与其对应设置的翅翼驱动齿轮相连；齿轮与翅翼驱动齿轮一一对应设置，齿轮和与其对应设置的翅翼驱动齿轮啮合相连；各个翅翼驱动齿轮与工字形机身之间均设有一扭簧；

该扑翼飞行器包括平飞和悬停两种模式；串列翼一和串列翼二构成该扑翼飞行器的翅翼系统；

(1)在平飞模式下，设该扑翼飞行器左前方为翅翼a1、右前方为翅翼b1、右后方为翅翼c1、左后方为翅翼d1；该扑翼飞行器的机身坐标系X轴正方向指向机首方向，Z轴正方向与重力加速度g方向相反，Y轴与X、Z轴正交、其指向是从机身左侧指向右侧；翅翼a1、d1的振幅为翅翼a1、b1、c1、d1振幅平均值A₀加扑动角振幅增量δA；翅翼b1、c1的振幅为翅翼a1、b1、c1、d1振幅平均值A₀减扑动角振幅增量δA；在平飞模式下，该扑翼飞行器的操控方法为：

(11)横滚运动

翅翼a1、b1、c1、d1的扑动角度曲线往左偏移，偏移系数位于0～0.5之间，在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a1、d1的下扑速度大于上扑速度，翅翼b1、c1的下扑速度小于上扑速度；此时，翅翼系统将产生绕机身坐标系X轴向右倾转的力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器绕机身坐标系X轴向右倾转；

翅翼a1、b1、c1、d1的扑动角度曲线往右偏移，偏移系数位于0.5～1之间，在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a1、d1的下扑速度小于上扑速度，翅翼b1、c1的下扑速度大于上扑速度；此时，翅翼系统将产生绕机身坐标系X轴向左倾转的倾转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系X轴向左倾转；

(12)俯仰运动

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a1、b1、c1、d1扑动过程中的扑动角平分线向机身坐标系Z轴正方向偏移，此时翅翼系统将产生绕机身坐标系Y轴使机首向下倾转的倾转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Y轴向前倾转；

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a1、b1、c1、d1扑动过程中的扑动角平分线向机身坐标系Z轴负方向偏移，此时翅翼系统将产生绕机身坐标系Y轴使机首向上倾转的倾转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Y轴向后倾转；

(13)偏航运动

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a1、b1、c1、d1扑动过程中的扑动角振幅增量δA为正值时，即翅翼a1、d1的扑动振幅大于翅翼b1、c1的扑动振幅，此时，该扑翼飞行器左侧翅翼产生的推进力大于右侧翅翼产生的推进力，翅翼系统产生绕机身坐标系Z轴向右偏转的偏转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Z轴向右偏转；

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a1、b1、c1、d1扑动过程中的扑动角振幅增量δA为负值时，即翅翼a1、d1的扑动振幅小于翅翼b1、c1的扑动振幅，此时，该扑翼飞行器左侧翅翼产生的推进力小于右侧翅翼产生的推进力，翅翼系统产生绕机身坐标系Z轴向左偏转的偏转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Z轴向左偏转；

(2)在悬停模式下，该扑翼飞行器的机身模式与平飞模式相比，机身绕机身坐标系Y轴向后旋转90°使机身坐标系X轴与重力加速度g平行且方向相反，Y轴保持原模式从机身左侧指向右侧，Z轴与X、Y轴正交；设该扑翼的翅翼分布为：左上方为翅翼a2、右上方为翅翼b2、右下方为翅翼c2、左下方为翅翼d2；翅翼a2、d2的振幅为翅翼a2、b2、c2、d2振幅平均值A₀加扑动角振幅增量δA；翅翼b2、c2的振幅为翅翼a2、b2、c2、d2振幅平均值A₀减扑动角振幅增量δA；在悬停模式下，该扑翼飞行器的操控方法为：

(21)横滚运动

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a2、b2、c2、d2扑动过程中的扑动角振幅增量δA为正值时，即翅翼a2、d2的扑动振幅大于翅翼b2、c2的扑动振幅，此时，该扑翼飞行器左侧翅翼产生的推进力大于右侧翅翼产生的推进力，翅翼系统产生绕机身坐标系Z轴向右倾转的倾转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Z轴向右倾转；

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a2、b2、c2、d2扑动过程中的扑动角振幅增量δA为负值时，即翅翼a2、d2的扑动振幅小于翅翼b2、c2的扑动振幅，此时，该扑翼飞行器左侧翅翼产生的推进力小于右侧翅翼产生的推进力，翅翼系统产生绕机身坐标系Z轴向左倾转的倾转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Z轴向左倾转；

(22)俯仰运动

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a2、b2、c2、d2扑动过程中扑动角平分线向机身坐标系Z轴正方向偏移，此时翅翼系统将产生绕机身坐标系Y轴使机身向前倾转的倾转力矩，在此力矩作用下飞行器将绕机身坐标系Y轴向前倾转；

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a2、b2、c2、d2扑动过程中扑动角平分线向机身坐标系Z轴负方向偏移，此时翅翼系统将产生绕机身坐标系Y轴使机身向后倾转的倾转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系Y轴向后倾转；

(23)偏航运动

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a2、b2、c2、d2扑动角度曲线往左偏移，偏移系数位于0～0.5之间，即翅翼a2、d2往机身坐标系Z轴正方向扑动速度小于往Z轴负方向扑动速度，翅翼b2、c2往Z轴正方向扑动速度大于往Z轴负方向扑动速度；此时，翅翼系统将产生绕机身坐标系X轴往左偏转的偏转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系X轴向左偏航；

在各自对应的电机、齿轮与翅翼驱动齿轮的驱动作用下，翅翼a2、b2、c2、d2的扑动角度曲线往右偏移，偏移系数位于0.5～1之间，即翅翼a2、d2往机身坐标系Z轴正方向扑动速度大于往Z轴负方向扑动速度，翅翼b2、c2往Z轴正方向扑动速度小于往Z轴负方向扑动速度；此时，翅翼系统将产生绕机身坐标系X轴往右偏转的偏转力矩，在此力矩作用下，该扑翼飞行器将绕机身坐标系X轴向右偏航。