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一种微型多扑翼飞行器


技术摘要:
本发明公开了一种微型多扑翼飞行器。该微型多扑翼飞行器是一种六扑翼布局形式,由机体和三对扑翼组成,其三对扑翼左右对称、呈阶梯状布置在机体两侧,后方的各对扑翼在竖直方向上依次低于前方紧邻的一对扑翼。该飞行器三对扑翼均水平拍动,且同侧扑翼拍动方向相同,拍  全部
背景技术:
自二十世纪九十年代以来,随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的 大幅进步,微型飞行器被提出并快速发展。微型飞行器由于具有体积小、重量轻和机动性强 等特征,在国家安全和国民经济建设方面具有广泛的应用前景,适用于复杂环境下的侦查、 勘探和协助救援等工作。 同时,随着人们对自然生物飞行的不断探索,仿生学设计被越来越多的应用于微 型飞行器领域,开始出现模仿昆虫飞行的扑翼微型飞行器。现有扑翼飞行器布局形式模仿 昆虫,但大多数不能和昆虫一样的气动效率,因此大多不能支持自身实现灵活机动飞行和 具有较大负载。如何能有效提高扑翼飞行器的升力对于其未来的实用化有这关键性意义。 过去仿生扑翼微型飞行器通常仅有一对翼,只利用了拍动的非定常延迟失速机 制,如果能够在此基础上增加扑翼数量并因此融合利用多扑翼之间的尾迹干扰效应和打开 合拢效应则可显著的提升微型多扑翼飞行器的气动性能。
技术实现要素:
本发明针对现有微型扑翼的气动效率不足的问题,提出一种微型多扑翼飞行器设 计,以期通过多翼间以及翼身之间的打开合拢效应、前后翼间的尾迹干扰机制改善微小型 飞行器升力不足和气动效率低的问题。 本发明一种微型多扑翼飞行器,是一种六扑翼布局形式,由机体和三对扑翼组成。 所述机体采用光敏树脂等材料通过3D打印整体成型,为左右对称结构,内部设有 空腔,用于布置拍动驱动系统和控制系统。拍动驱动系统包括电机、齿轮减速机构和连杆机 构。电机固定在机体内部,通过齿轮减速机构驱动连杆机构运动,进而带动扑翼拍动。控制 系统包括控制电路和远程接收模块。控制系统接受遥控信号,改变电机及扑翼的运动状态, 进而实现对飞行器运动的控制。 第一扑翼、第二扑翼、第三扑翼位于所述机体右侧,第四扑翼、第五扑翼、第六扑翼 分别与所述第一扑翼、所述第二扑翼、所述第三扑翼关于所述机体的轴线呈左右对称,布置 在所述机体左侧;所述第一扑翼、所述第四扑翼位于所述机体最前端,所述第二扑翼、所述 第五扑翼位于所述机体中间,所述第三扑翼、所述第六扑翼位于所述机体最后端。 所述六个扑翼均水平拍动,左侧三个所述扑翼同时前拍时,右侧三个所述扑翼也 同步向前拍动,左侧三个所述扑翼同时后拍时,右侧三个所述扑翼也同步向后拍动,以产生 升力和推力。 所述三对扑翼呈阶梯状、水平等间距布置在所述机体两侧,后方扑翼在竖直方向 上依次低于前方紧邻的一对扑翼,所述第一扑翼和所述第四扑翼的竖直高度最高,所述第 二扑翼和所述第五扑翼次高,所述第三扑翼和所述第六扑翼的竖直高度最低,以在所述微 3 CN 111572768 A 说 明 书 2/4 页 型多扑翼飞行器前飞时后方扑翼能够利用前方扑翼的尾迹干扰效应高效率的产生高气动 力和气动效率。 一种微型多扑翼飞行器前飞时,在前拍至结束位置时,所述第一扑翼和所述第四 扑翼贴合在一起,所述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第三扑翼、所述第六扑翼分别贴合在 机体侧面上;随着后拍过程进行,所述第一扑翼和所述第四扑翼快速打开向后运动,所述第 二扑翼、所述第五扑翼、所述第三扑翼、所述第六扑翼迅速脱离机体表面,完成合拢-打开过 程,三对翼的快速打开合拢运动利用了非定常“打开/合拢”效应,这会显著增强气动力产 生。同样的,在后拍至最终位置时,最后方的所述第三扑翼、所述第六扑翼贴合在一起,中间 及最前方的所述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第一扑翼和所述第四扑翼贴合在机体侧面 上,随着转入前拍过程,最后方所述第三扑翼、所述第六扑翼快速打开,中间及最前方的所 述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第一扑翼和所述第四扑翼迅速脱离机体侧面,三对翼的快 速打开合拢运动又一次利用了非定常“打开/合拢”效应,又一次增强了气动力产生。 “打开/合拢”运动多见于自然界中的微小型昆虫,昆虫在每一次下拍前,两翅会在 背部“合拢”,然后快速“打开”,针对该过程的理论分析和实验表明,当翼快速打开合拢时能 够产生较高的瞬时升力。针对微型扑翼飞行器双翼打开合拢的实验测量也表明,当引入一 次打开合拢运动后,微型扑翼飞行器的升力将有10%左右的增长。自然界中的昆虫仅有一 对翼,仅在下拍前进行一次打开合拢,而本发明前后翼分别进行两次打开合拢,中间翼也能 够利用与机体侧面之间的关系构造新的打开合拢运动,这些都最大化的应用了该效应提升 飞行器的高升力和气动效率。 除此之外,在本发明微型多扑翼飞行器前飞时阶梯状布置的三对扑翼,前方翼拍 动形成的尾迹在前飞时会向斜后方运动,该尾迹能够增强其后方扑翼运动时迎面的来流速 度,后方扑翼可从前方扑翼的尾迹中获得更多动能,这也会带来后方扑翼高气动力的产生, 提升了飞行器整体的气动性能。 本发明一种微型多扑翼飞行器,巧妙的应用了打开合拢效应和尾迹干扰机制,其 优点在于: 1)本发明一种多扑翼微小型飞行器,综合利用打开合拢效应和尾迹干扰机制,是 一种新颖的布局设计。 2)本发明一种多扑翼微小型飞行器,利用打开合拢效应和尾迹干扰机制,改善了 传统扑翼飞行器升力不足和气动效率较低的问题。 3)本发明一种多扑翼微小型飞行器,结构设计简单,易于实现。 附图说明 图1为本发明微型多扑翼飞行器布局形式。 图2本发明微型多扑翼飞行器右视图。 图3为本发明微型多扑翼飞行器扑翼进行至上拍结束时刻时布局。 图4为本发明微型多扑翼飞行器扑翼进行至下拍结束时刻时布局。 图5为本发明扑翼结构。 图中: 1-第一扑翼    2-第四扑翼     3-第二扑翼     4-第五扑翼     5-第三扑翼 4 CN 111572768 A 说 明 书 3/4 页 6-第六扑翼    7-机体         101-辅梁       102-主梁       103-翼膜
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