[发明专利]一种扑翼与旋翼复合式微小型飞行器

说明书

为了解决传统扑旋翼飞行器翼载过高、前飞时翼存在较大不平衡气动力矩以及摩擦力矩驱动机身转动的问题，本发明提出了一种扑翼与旋翼复合式微小型飞行器。该飞行器主要的气动面仍为一对扑旋翼，仅在扑旋翼平面的下方引入一对被动旋转的旋翼，该小旋翼旋转轴与扑旋翼旋转轴一致，在扑旋翼下洗气流与前飞来流共同作用下反向旋转实现对飞行器升力的补充、减小不平衡力矩及摩擦力矩，以此提升飞行器升力并降低控制系统设计难度。

技术领域

本发明涉及微型飞行器领域，具体但不排他地，涉及一种扑翼与旋翼复合式微小型飞行器。

背景技术

随着近年来微电子技术的不断进步，飞行器的微型化逐渐成为目前航空领域的研究重点。微型飞行器体积小、重量轻、机动性强、成本较低，批量生产后可以大量使用，在军事和民用方面具有广泛的应用前景，可用于复杂环境下的侦查、勘探、协助救援等工作。当前微型飞行器研究的重点多集中在仿生微型飞行器领域。

扑旋翼布局是人们将生物飞行原理与传统飞行器气动原理结合设计的扑翼与旋翼复合式微型飞行器布局的一种。扑旋翼布局融合了扑翼和旋翼两种运动，在运动时翼主动竖直拍动并被动旋转，因此该类布局同时具备扑翼布局在低雷诺数下运动的高升力优势以及旋翼布局高气动效率的特点。

过去人们提出了各种扑旋翼飞行器的设计方案，如专利“一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器及驱动方法”(专利号为ZL 201711019042.X)和专利“一种微型机械滑轨式可控扑旋翼飞行器”(专利号为ZL 201511021309.X)。这些扑旋翼的设计方案在气动性能方案存在一定的问题，主要体现在以下方面：一是，扑旋翼主要依靠下拍过程产生升力，而上拍过程对升力贡献较小。因此，单个扑旋翼的翼载荷越大这种上下拍载荷的差别就越明显，对电机瞬时功率的要求也越大。二是在扑旋翼前飞时一侧翼处于前行阶段，则另一侧处于后行阶段，其中前行阶段的翼升力较大，而后行阶段的翼升力较小，两侧这种升力的差别会引起显著的不平衡力矩，对控制系统设计要求高。三是，尽管扑旋翼的旋转是由气动力矩推动的、被动的，但由于机构组件之间的摩擦仍会存在摩擦力矩驱动机身旋转，因此设计时需要克服摩擦力矩。

共轴反向旋转翼设计方案是解决上述问题的有效途径，如专利“一种共轴反向双扑旋翼机构”(专利号为ZL201910332059.3)提出了多对翼的方案，以期通过翼数量的增加来降低翼载荷和气动力波动，消除前后行翼之间的不平衡力矩。但该方案中多翼共轴反向旋转，两组翼大小相同，运动时下方翼处于上方翼的尾迹中，始终受到上方翼下洗气流的干扰，气动效率低于上方翼。此外，两组翼均为主动驱动翼，因此飞行器需要同时驱动两套翼同时运动，机构传动和驱动能量要求也较高。为此，仍有必要探究更为简单的扑翼与旋翼复合式微小型飞行器的多翼设计方案来解决上述三方面的问题。

发明内容

为了解决传统扑旋翼这类扑翼与旋翼复合式微小型飞行器翼载过高、前飞时翼会产生不平衡气动力矩以及摩擦力矩驱动机身转动的问题，本发明提出了一种扑翼与旋翼复合式微小型飞行器。该飞行器主要的气动面仍为一对扑旋翼，而在扑旋翼旋转平面的下方引入一对被动水平旋转的小旋翼，该小旋翼旋转轴与扑旋翼旋转轴一致，飞行器运动过程中，小旋翼在扑旋翼下洗气流与前飞来流共同作用下反向旋转实现对飞行器升力的补充、减小不平衡力矩及摩擦力矩，以减轻扑旋翼的升力产生要求，减轻飞行器的飞行控制难度，从而提升飞行器性能。

具体地，本发明一种扑翼与旋翼复合式微小型飞行器，其特征在于，包括底座、传动装置、微型电机、扑旋翼、小旋翼。

所述底座用于固定微型电机及传动装置，其中底座上表面开一柱形空腔，用于固定微型电机，所述柱形空腔后方为支撑结构，用于定位和支撑传动装置减速器齿轮以及执行机构内杆。

所述的微型电机，固定在底座的预留柱形空腔中。所述微型电机输出动力，驱动传动装置带动扑旋翼竖直往复拍动并被动旋转。