[发明专利]一种微型双扑翼飞行器

说明书

本发明公开了一种微型双扑翼飞行器，包括一个中间连接结构、一个姿态控制舵机、一个翼根位置控制机构和前后两个完全相同的扑翼系统。本发明微型双扑翼飞行器，借助双翼“打开‑合拢”机制进一步增强了升力产生；通过改变电机转速影响前后两对翼拍动频率，从而使两对翼产生前后非对称升力，进而产生俯仰控制力矩；通过一个姿态控制舵机控制翼根位置控制机构改变两组翼翼根杆位置，改变扑翼翼膜的张紧程度，导致左右翼产生不同的升力，产生滚转控制力矩。本发明除采用一个舵机控制两组翼根，简化控制机构，降低控制难度，实现减重，节省资源外，还利用“打开‑合拢”高升力机制实现气动增升。

技术领域

本发明涉及微型飞行器领域，具体来说是一种微型双扑翼飞行器。

背景技术

随着上世纪末飞行器设计理念的不断创新和微电子技术的大幅进步，微型飞行器被提出并快速发展。微型飞行器具有体积小、重量轻和机动性强等特征，适用于复杂环境下的侦查、勘探和协助救援等工作，应用前景广泛。仿生微型扑翼飞行器作为微型飞行器的一个重要分支，随着仿生学设计的发展逐渐开始出现。扑翼微型飞行器依靠扑翼的往复拍动产生升力，通过对扑翼拍动过程的细微控制产生控制力矩,其可在低雷诺数下保持较高的气动效率及灵敏的机动性，具备垂直起降、悬停等飞行能力。

仿昆虫扑翼飞行器模仿自然界中的蜂、蝇等飞行生物，大多具有一对翅膀，其升力、控制力矩均依靠仅有的一对翼产生，这导致这类飞行器普遍存在升力不足、控制舵效较低、控制方案复杂等问题。为解决上述问题，现今提出了微型双扑翼飞行器，此类飞行器有前后两对扑翼，翼数量的增加增大了升力，对前后两对翼的整体控制进行力矩控制和姿态控制，降低了控制舵效和控制设计的难度。上述特征为研制大载荷微型飞行器提供了有效方案。

随着微型双扑翼飞行器研究的深入，当前微型双扑翼飞行器的性能仍有待优化和提升，尤其在升力产生和控制系统设计上。当前微型双扑翼飞行器采用增加扑翼数量的方式实现了增升，但为避免多翼间干扰，各扑翼的拍动幅度大幅减小，这使得各扑翼产生的升力也有所降低，因此还需在飞行器上进一步探究应用各类非定常高升力机制。另一方面，现有微型双扑翼飞行器大多采用电机搭配三个舵机进行三自由度控制。每个舵机均需要安装空间及配套的固定装置，这增加了机构的重量和复杂度，此外每个舵机各有一个控制变量，也需要飞控系统为其配套单独的控制信号通道，这也使得控制律复杂，提高了设计的难度。为此，为进一步的改进和提升微型双扑翼飞行器的飞行性能，仍应研制具有更高升力产生能力、控制方案及控制率简单的微型双扑翼飞行器设计方案。

发明内容

本发明针对现有的微型双扑翼飞行器存在的升力仍需提升、控制机构和控制率仍需简化等问题，发明了一种微型双扑翼飞行器。该飞行器采用前后两对扑翼产生升力，除传统的翼拍动产生升力外，还充分利用双翼“打开-合拢”效应进一步提高升力；飞行器改过去两个直线舵机控制滚转的设计为由单个旋转舵机一并控制前后两对扑翼，进一步简化控制机构、节省控制资源，并减轻飞行器重量、延长续航时间。

所述一种微型双扑翼飞行器，包括一个中间连接结构、一个姿态控制舵机、一个翼根位置控制机构和前后两个完全相同的扑翼系统。

所述中间连接结构为立体结构，上部前后两端开有两个底座安装孔，用于固定前后两套所述扑翼系统的底座，以将所述两套扑翼系统组合为一个整体；所述中间连接结构下部设有姿态控制舵机底座，以便安装所述姿态控制舵机。

所述扑翼系统包括空心杯电机、底座、减速齿轮组、拍动角放大机构及扑翼。所述空心杯电机为大功率有刷电机。所述底座经3D打印整体成型，为左右对称结构；所述底座最下端设有内径稍小于所述空心杯电机外径的空心杯电机安装孔，用于以过盈配合方式安装所述空心杯电机且便于更换；所述底座中部设置三个中间安装孔，用于所述减速齿轮组的安装定位；所述底座的上缘设置两个Z型连杆安装孔和两个摇杆安装孔，用于安装所述拍动角放大机构的Z型连杆和摇杆；所述底座对称轴的上半部分设置一个顶部滑槽，限制所述拍动角放大机构的滑块在其中水平前后滑动。