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原文传递四拍合效应的悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法

专利名称：	四拍合效应的悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法
摘要：	本发明提供一种四拍合效应的悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法，飞行器包括：支架、左前扑翼、右前扑翼、左后扑翼、右后扑翼、操纵机构和扑翼驱动机构；悬停状态下，在扑翼驱动机构的驱动下，各扑翼分别在圆形扑动平面的各个象限进行往复式旋转扑动，并且，相邻两翼进行往复式相对方向运动，每个扑翼运动至本象限范围边界时和相邻扑翼一起产生近距离拍合效果，相邻两翼在每个扑动周期内产生一次近距离拍合，每个扑动周期产生四次拍合效应。优点为：(1)利用四扑翼的往复扑动，可以在每个扑动周期内产生四次拍合效应，显著增强扑翼的非定常气动特性，增强拍合效应产生的尾涡，有效提高扑翼飞行器悬停飞行性能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北工业大学
发明人：	杨文青;年鹏;宣建林;宋笔锋;张红梅;薛栋;稂鑫雨
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910183752.9
公开号：	CN109878722A
代理机构：	北京市盛峰律师事务所
代理人：	席小东
分类号：	B64C33/02(2006.01);B;B64;B64C;B64C33
申请人地址：	710072 陕西省西安市友谊西路127号
主权项：	1.一种四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，包括：支架(10)、左前扑翼(20)、右前扑翼(30)、左后扑翼(40)、右后扑翼(50)、操纵机构和扑翼驱动机构(60)；其中，悬停状态下，在所述扑翼驱动机构(60)的驱动下，所述左前扑翼(20)、所述右前扑翼(30)、所述左后扑翼(40)和所述右后扑翼(50)分别在圆形扑动平面的第II象限、第I象限、第III象限和第IV象限进行往复式旋转扑动，并且，相邻两翼进行往复式相对方向运动，每个扑翼运动至本象限范围边界时和相邻扑翼一起产生近距离拍合效果，因此，相邻两翼在每个扑动周期内产生一次近距离拍合，每个扑动周期产生四次拍合效应；所述操纵机构包括第一操纵单元(80)和第二操纵单元(90)；所述第一操纵单元(80)用于操纵所述左前扑翼(20)的俯仰角度；所述第二操纵单元(90)用于操纵所述右前扑翼(30)的俯仰角度。 2.根据权利要求1所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述左前扑翼(20)、所述右前扑翼(30)、所述左后扑翼(40)和所述右后扑翼(50)的外形和结构完全一致。 3.根据权利要求1所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼驱动机构(60)采用齿轮齿条驱动机构。 4.根据权利要求3所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述齿轮齿条驱动机构包括：驱动电机(61)、曲柄连杆机构、左齿条(68)、右齿条(69)、左前齿轮(70)、右前齿轮(71)、左后齿轮(72)和右后齿轮(73)；在同一平面的第II象限、第I象限、第IV象限和第III象限各布置所述左前齿轮(70)、所述右前齿轮(71)、所述右后齿轮(73)和所述左后齿轮(72)；在X轴负半轴水平布置所述左齿条(68)，并且，所述左齿条(68)的前侧与所述左前齿轮(70)啮合；所述左齿条(68)的后侧与所述左后齿轮(72)啮合；其中，所述左前扑翼(20)的翼根与所述左前齿轮(70)的中心固定，所述左后扑翼(40)的翼根与所述左后齿轮(72)的中心固定；当所述左齿条(68)沿X轴进行直线往复运动时，驱动所述左前齿轮(70)和所述左后齿轮(72)在坐标平面转动；进而带动所述左前扑翼(20)和所述左后扑翼(40)在坐标平面转动；在X轴正半轴水平布置所述右齿条(69)，并且，所述右齿条(69)的前侧与所述右前齿轮(71)啮合；所述右齿条(69)的后侧与所述右后齿轮(73)啮合；其中，所述右前扑翼(30)的翼根与所述右前齿轮(71)的中心固定，所述右后扑翼(50)的翼根与所述右后齿轮(73)的中心固定；当所述右齿条(69)沿X轴进行直线往复运动时，驱动所述右前齿轮(71)和所述右后齿轮(73)在坐标平面转动；进而带动所述右前扑翼(30)和所述右后扑翼(50)在坐标平面转动；所述曲柄连杆机构分别与所述左齿条(68)和所述右齿条(69)连接，用于驱动所述左齿条(68)和所述右齿条(69)进行相对运动或相背运动。 5.根据权利要求4所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述曲柄连杆机构包括曲柄(62)、曲柄连杆(63)、曲柄滑块(64)、立柱(65)、左连杆(66)和右连杆(67)；所述立柱(65)垂直固定安装于所述支架(10)；所述曲柄滑块(64)套于所述立柱(65)上面；所述驱动电机(61)的输出端与所述曲柄(62)连接，用于驱动所述曲柄(62)转动；所述曲柄连杆(63)的一端铰接于所述曲柄(62)的偏心位置，所述曲柄(62)的另一端铰接于所述曲柄滑块(64)上面；因此，所述驱动电机(61)可驱动所述曲柄滑块(64)沿所述立柱(65)升降；所述曲柄滑块(64)上方的左右两侧对称设置所述左齿条(68)和所述右齿条(69)，并且，所述左连杆(66)的一端与所述曲柄滑块(64)铰接，所述曲柄滑块(64)的另一端与所述左齿条(68)铰接；所述右连杆(67)的一端与所述曲柄滑块(64)铰接，所述右连杆(67)的另一端与所述右齿条(69)铰接；当所述曲柄滑块(64)沿所述立柱(65)下降时，带动所述左齿条(68)和所述右齿条(69)进行相向运动；当所述曲柄滑块(64)沿所述立柱(65)上升时，带动所述左齿条(68)和所述右齿条(69)进行相背运动。 6.根据权利要求5所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述支架(10)为矩形支架，所述左前齿轮(70)、所述右前齿轮(71)、所述左后齿轮(72)和所述右后齿轮(73)各布置于矩形支架的四角位置；所述第一操纵单元(80)和所述第二操纵单元(90)布置于所述支架下方的右侧；所述扑翼驱动机构(60)的驱动电机(61)布置于所述支架下方的左侧，所述曲柄连杆机构布置于所述支架中心点的正下方，由此实现所述四拍合效应的悬停扑翼飞行器质量分布均衡，其重心位于所述四拍合效应的悬停扑翼飞行器的中心位置。 7.根据权利要求1所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述第一操纵单元(80)和所述第二操纵单元(90)均为线性舵机。 8.一种权利要求1-7任一项所述的四拍合效应的悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，以四拍合效应的悬停扑翼飞行器的中心为坐标原点，以左齿条(68)和右齿条(69)中心轴线为X轴，在扑动平面建立XY坐标系；步骤2，在悬停飞行状态时，在扑翼驱动机构(60)的驱动下，左前扑翼(20)、右前扑翼(30)、左后扑翼(40)和右后扑翼(50)分别在圆形扑动平面的第II象限、第I象限、第II象限和第IV象限进行往复式旋转扑动，并且，相邻两翼进行往复式相对方向运动，每个扑翼运动至本象限范围边界时和相邻扑翼一起产生近距离拍合效果，因此，相邻两翼在每个扑动周期内产生一次近距离拍合，每个扑动周期产生四次拍合效应，通过拍合效应可显著增强扑动产生的气动力克服飞行器重力而实现悬停飞行；具体的，当左前扑翼(20)顺时针扑动到Y轴正半轴位置时，所述右前扑翼(30)正好逆时针扑动到Y轴正半轴位置，此时所述左前扑翼(20)和所述右前扑翼(30)产生一次拍合效应；同时，所述左后扑翼(40)正好逆时针扑动到Y轴负半轴位置，所述右后扑翼(50)正好顺时针扑动到Y轴负半轴位置，此时所述左后扑翼(40)和所述右后扑翼(50)产生一次拍合效应；当所述左前扑翼(20)逆时针扑动到X轴负半轴位置时，所述左后扑翼(40)正好顺时针扑动到X轴负半轴位置，此时所述左前扑翼(20)和所述左后扑翼(40)产生一次拍合效应；同时，所述右前扑翼(30)顺时针扑动到X轴正半轴位置，所述右后扑翼(50)正好逆时针扑动到X轴正半轴位置，此时所述右前扑翼(30)和所述右后扑翼(50)产生一次拍合效应；步骤3，在悬停飞行状态时，当飞行器需要上升或下降时，提高各个扑翼的扑动频率，飞行器升高；降低各个扑翼的扑动频率，飞行器下降；步骤4，对操纵机构进行控制，使飞行器前进、后退或偏转，具体方式如下：以Y轴正方向为飞行器前进方向，第一操纵单元(80)用于操纵左前扑翼(20)的俯仰角度；第二操纵单元(90)用于操纵右前扑翼(30)的俯仰角度；因此，当控制左前扑翼(20)和右前扑翼(30)同步向下偏转等角度时，左前扑翼(20)和右前扑翼(30)产生的气动力向前方偏转，使得飞行器产生向前方向运动的分力，进而使飞行器前进；当控制左前扑翼(20)和右前扑翼(30)同步向上偏转等角度时，左前扑翼(20)和右前扑翼(30)产生的气动力向后方偏转，使得飞行器产生向后方向运动的分力，进而使飞行器后退；当控制左前扑翼(20)和右前扑翼(30)差动偏转时，产生使飞行器偏转的力矩，进而使飞行器转向。
所属类别：	发明专利