伪仿生扑翼飞机.pdf

本发明涉及伪仿生扑翼飞机，在靠近机身前缘与机身前缘平行装有一个扑翼转轴，在机身左右两侧安装有两个扑翼，所述扑翼由翼撑和翼羽构成，所述翼撑为一椭圆形横截面的细长支杆，翼撑前端垂直地与扑翼转轴连接随其一起转动；沿翼撑轴线等距地安装有翼羽，所有翼羽的宽度相同，按其长度由小到大从前到后沿翼撑依次排列，翼羽两两之间的距离小于其宽度，两两上下相互重叠；在机身内还安装有伺服电机，伺服电机通过传动齿轮驱动扑翼转轴在一定角度内相对机身来回转动，同时带动两个扑翼在机身后部两侧上下摆动。本发明其扑翼具有特殊的翼面

1.  一种伪仿生扑翼飞机，其特征是机身为一段用于固定翼飞机的大厚度高升力矩形机翼，在靠近机身(1)前缘与机身前缘平行装有一个扑翼转轴(2)，在机身左右两侧安装有两个扑翼，所述扑翼由翼撑(6)和翼羽构成，所述翼撑(6)为一椭圆形横截面的细长支杆，翼撑(6)前端垂直地与扑翼转轴(2)连接并随其一起转动；沿翼撑轴线等距地安装有翼羽，所有翼羽的宽度相同，按其长度由小到大从前到后沿翼撑依次排列，翼羽两两之间的距离小于其宽度，两两上下相互重叠形成一个完整的翼面；在机身内还安装有伺服电机(3)，伺服电机(3)通过传动齿轮(7)驱动扑翼转轴(2)在一定角度内相对机身来回转动，同时带动两个扑翼在机身后部两侧上下摆动。

2.  如权利要求1所述的伪仿生扑翼飞机，其特征是所述翼羽由羽撑(4)和羽面(5)两部分组成，羽撑(4)为一细长矩形横截面支杆，羽撑(4)垂直地固连在翼撑(6)上；羽面(5)位于翼撑椭圆形横截面短轴的平面内，由一大一小两个矩形薄片粘接而成，其中较小的一片由柔弹性材料硅橡胶制成，较大的一片由轻质硬性材料硅钢片制成，羽面柔弹性薄片一边固连在羽撑(4)的一个侧面上，前面一个相邻翼羽的羽面(5)紧贴后一个翼羽的下方。

伪仿生扑翼飞机
技术领域
本发明涉及微小型扑翼飞机。
背景技术
微小型扑翼飞机是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，具有飞行机动灵活、可以垂直升降、空中悬停、能量消耗少、成本低、效率高、隐身性和可操作性好等特点。这种飞行器能够在低空中进行低速飞行，可用于环境监测、航拍、航模。
像鸟类和飞虫的翅膀一样，主要以上下快速地摆动翼面来提供飞行所需升力和推力的扑翼非常适合应用于小型飞行器。与微型固定翼和旋翼飞行器相比，微型扑翼飞行器的主要特点是将举升、悬停和推进功能集成于一体，具有很强的机动性和灵活性。然而研制小型扑翼飞行器，其主要困难在于如何加工制造、并灵活控制像鸟类或飞虫翅膀一样的扑翼。因为人工仿生研制的翅膀，往往重量大、效率低、协调控制不够灵活。鸟类及飞虫在飞行时，其翅膀的摆动方式以及翼面形状的变化极其复杂。到目前为止，空气动力学研究还未能完全揭示鸟类及飞虫能够进行如此高效率扑翼飞行的气动机理。因此，制造仿生小型扑翼飞行器就显得非常困难，到目前为止，还没有较为成熟的扑翼飞行器能够得到广泛的应用。
总的来看，人们研制仿生扑翼飞机失败的原因就是简单地模仿鸟类或昆虫的翅膀结构及其飞行模式。伪仿生扑翼飞机与鸟类和昆虫一样靠翅膀上下摆动提供飞行所需升力和推力，但是又不完全模仿鸟类和昆虫的翅膀结构与扑动方式。因此，如何设计一种伪仿生扑翼飞机的扑翼以及摆动模式，使其即能实现鸟类和昆虫翅膀的功效又能简化其控制机制，是成功研制扑翼飞行器的关键，也正是本发明要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种伪仿生扑翼飞机，其扑翼具有特殊的翼面结构，可以通过简单的翼面上下摆动提供飞行所需的升力和推力，有利于实现飞行器小型化甚至微型化，提高扑翼飞机的飞行效率。
实现本发明目的技术方案是：一种伪仿生扑翼飞机，机身为一小段用于固定翼飞机的大厚度高升力矩形机翼，靠近机身前缘的位置上装有一个扑翼转轴，在机身左右两侧安装有两个扑翼；所述扑翼由翼撑和翼羽构成，翼撑为一椭圆形横截面的细长支杆，翼撑前端垂直地与扑翼转轴连接并随其一起转动；沿翼撑轴线等距地安装有翼羽，所有翼羽的宽度相同，按其长度由小到大从前到后沿翼撑依次排列，翼羽两两之间的距离小于其宽度，两两上下相互重叠形成一个完整的翼面。
所述翼羽由羽撑和羽面两部分组成，羽撑为一细长矩形横截面支杆，羽撑固连在翼撑上且与翼撑相垂直；羽面位于翼撑椭圆形横截面短轴的平面内，由一大一小两个矩形薄片粘接而成，其中较小的一片由柔弹性材料硅橡胶制成，较大的一片由轻质硬性材料硅钢片制成，羽面柔弹性薄片一边固连在羽撑的一个侧面上，前面一个相邻翼羽的羽面紧贴后一个翼羽的下方。
在机身内还安装有伺服电机，伺服电机通过传动齿轮驱动扑翼转轴在一定角度内相对机身来回转动，同时带动两个扑翼在机身后部两侧上下摆动。当翼面上方的压力大于翼面下方压力时，翼面上的翼羽向下打开使气流向下通过，不会产生向下的负升力。而当翼面下方的压力大于上方的压力时，羽面受相邻翼羽的羽撑阻挡不能向上打开，保持完整闭合的翼面，产生向上的升力。同时，扑翼上下摆动会产生向前的推力。另外，当扑翼飞机向前飞行时，大厚度高升力翼型制成的机身上可以产生较大的升力，从而提高扑翼飞机的飞行效率。
本发明所研制的伪仿生扑翼飞机具有结构简单，机动性灵活，能量消耗少、成本低、效率高、可操作性好等特点。
附图说明
图1是机身的侧视图。
图2是翼羽的结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是翼撑的横截面剖视图。
图5是扑翼结构示意图。
图6是扑翼飞机示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种伪仿生扑翼飞机。一个完整的伪仿生扑翼飞机由多个基本配件组成，以下就各个配件的结构及其工作原理进行说明。
1.机身
如图1所示，机身1为一小段用于固定翼飞机的大厚度高升力矩形机翼，在机身正下方的投影为一细长矩形，在位于机身左右方向的任意位置上，沿机身前后长度方向的横截面为相同的大厚度高升力翼型。在靠近机身前缘与机身前缘平行的位置上通过轴承安装一个扑翼转轴2，通过传动齿轮7由伺服电机3驱动的扑翼转轴2只能在一定角度的范围内相对机身来回转动。
2.翼羽
如图2所示，所述翼羽由羽撑4和羽面5两部分组成。羽撑4为一细长矩形横截面支杆。羽面5由两个矩形薄片粘接而成，其中较小的一片由柔弹性材料硅橡胶制成，较大的一片由轻质硬性材料硅钢片制成，羽面柔弹性薄片一边固连在羽撑4的一个侧面上。
3.翼撑
如图4所示，所说翼撑6为一椭圆形横截面的细长支杆。
4.扑翼
如图5所示，所说扑翼由翼撑6和翼羽构成。沿翼撑轴线等距地安装有多支翼羽；翼羽的羽撑4垂直地固连在翼撑6上，羽面5位于翼撑6椭圆形横截面短轴所在平面内；所有翼羽的宽度相同而长度不同，按长度由小到大从前向后沿翼撑6依次排列，前面一个相邻翼羽的羽面5紧贴后一个翼羽的下方，翼羽两两上下相互重叠形成一个完整的翼面。
5.扑翼飞机
如图6所示，两个相同的扑翼的翼撑6前端分别在机身的左右与扑翼转轴2连接，扑翼转轴2与翼撑6保持垂直与所有羽撑4保持平行。两个扑翼的翼面向机身后部延伸，翼面初始位置与机身下表面平行。在机身内部安置有伺服电机3通过传动齿轮7驱动扑翼转轴2相对机身来回转动，同时带动两个扑翼在机身后部两侧上下摆动。这样的部件组合，构成一个扑翼飞机。
由扑翼上翼羽的安装方式以及翼羽的材料特性可以知道，在随扑翼上下摆动时，只要当翼面上方的压力大于翼面下方压力，由于羽面靠近其羽撑部分为柔弹性薄片，在向下压力的作用下羽面会向下弯曲，这样翼面上的翼羽向下打开使气流向下通过，不会产生向下的负升力。而当翼面下方的压力大于上方的压力时，羽面受到相邻翼羽的羽撑阻挡不能向上打开，只能保持完整闭合的翼面，因此产生向上的升力。同时，在扑翼的上下摆动过程中还会产生向前的推力，其原理就像鱼儿来回摆动尾翼产生向前推力一样。另外，当扑翼飞机向前飞行时，大厚度高升力翼型制成的机身上可以产生较大的升力，从而提高扑翼飞机的飞行效率。