[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

说明书

本发明涉及一种串列双对翼构造的扑翼飞行器及其操控方法。该扑翼飞行器包括工字形机身、串列翼一和串列翼二。串列翼一和串列翼二均包括两个翅翼。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。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。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。本发明实现了真正意义上的全自由度姿态可控飞行，并统一了平飞、悬停两种飞行模式，还能够提高扑翼式飞行器滞空能力和活动半径。

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种串列双对翼构造的扑翼飞行器及其操控方法。

背景技术

扑翼式飞行器是一种通过扑动翅翼拍打空气产生的气动力与气动力矩来实现飞行器推进飞行以及姿态控制的飞行器，其具有体积小、质量轻、飞行能量转化效率高、飞行噪声低等优势。扑翼式飞行器一般分为仿鸟式扑翼机与仿昆式扑翼机，通常采用旋转马达驱动多级机械传动机构将旋转运动转化为摆动运动从而驱动翅翼实现推进飞行。仿鸟式扑翼机一般采用单对翼构型，在飞行器姿态操纵控制方面，一般通过调节安装在水平或垂直尾翼上的舵面绕舵面转轴转动的倾角产生的气动力矩实现飞行姿态调节；仿昆式扑翼机一般采用单对翼或双对翼布局，通过翅翼扑动、扭动调制的方式产生的力矩实现姿态调节。

传统的扑翼式飞行器大都采用旋转马达驱动多级机械传动机构将旋转运动转化为摆动运动驱动翅翼实现扑动飞行，并通过执行器调节安装在水平、垂直尾翼上的舵面倾角产生气动力矩实现姿态调节，此类扑翼机机械结构庞杂，需要额外的执行器调节舵面角度且难以实现微型化。翅翼扑动、扭动调制操控方式是一种新型扑翼飞行器姿态调节策略，采用此类操控方法的扑翼飞行器一般采用单对翼布局，通过机械传动机构将旋转马达的旋转运动转化为驱动翅翼扑动的摆动运动，再通过调制翅翼扑动、扭动的运动方式产生俯仰、横滚、偏航力矩进而实现飞行姿态控制，此类扑翼机飞行操控性良好，可以实现全自由度姿态控制，但其同时实现翅翼扑动、扭动两种运动复合的传动机构相对复杂，且通常难以实现平飞、滑翔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串列双对翼构造的扑翼飞行器及其操控方法，该扑翼飞行器及其操控方法解决了传统扑翼飞行器在平飞、悬停等飞行模式下难以实现俯仰、横滚、偏航全自由度姿态控制问题，实现了真正意义上的全自由度姿态可控飞行，并统一了平飞、悬停两种飞行模式，还能够提高扑翼式飞行器滞空能力和活动半径。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种串列双对翼构造的扑翼飞行器，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。

进一步的，所述工字形机身包括平行设置的两块固定板以及垂直连接在两块固定板之间的连接板；所述固定板的两端分别开设有一轴孔；所述连接板上设有四个电机座；所述电机座上分别开设有电机安装孔和扭簧固定孔一。

进一步的，所述翅翼包括翅翼主体和开设在翅翼主体内侧的固定螺孔一。

进一步的，所述扭簧包括扭簧主体和分别设置在扭簧主体起始两端的两个柱脚。

进一步的，所述翅翼驱动齿轮包括齿轮本体和设置在齿轮本体外端的固定座；所述固定座上分别开设有轴孔、翅翼安装槽、固定螺孔二和扭簧固定孔二。