适用于大型扑翼的扭转自适应机翼结构的制作方法

[0001]
本发明涉及飞行器领域，具体是一种适用于大型扑翼的扭转自适应机翼结构。


背景技术：

[0002]
自古以来，鸟类的飞行方式一直是大自然选择的结果。随着微型电子技术的发展，基于仿生学的原理，人类已经可以设计各种接近真实鸟类尺寸的扑翼飞行器，在鸟类在飞行过程中，翅膀有着举足轻重的作用，对于扑翼飞行器而言，机翼的性能在一定程度上决定了扑翼飞行器的性能，机翼的设计将属于飞行器设计中很重要的一部分。
[0003]
通过对大型鸟类在飞行时翅膀的形变和运动规律的研究，可以发现大型鸟类在飞行时翅膀都存在一定的弯折和扭转运动，上扑时翅膀向下扭转，下扑时则向上扭转，而近些年的研究也表明鸟类在飞行过程中翅膀的扭转的运动是产生推力的主要来源，对于扑翼飞行器而言，具备扭转运动的扑翼飞行器比没有扭转的扑翼飞行器效率要高出很多，具体表现为扭转运动能产生更大的推力以提高扑翼飞行器的飞行速度，故大多数大型扑翼都设计了扭转运动装置。
[0004]
为了实现扑翼飞行器飞行过程中机翼的扭转运动，目前有一部分扑翼飞行器采用机械传动式的扭转装置，但这种扭转装置限制了机翼的运动，且扭转状态也无法根据飞行状态来进行调整；还有一部分扑翼飞行器是在机翼内部设计可控的扭转驱动装置，通过舵机来驱动机翼进行扭转运动，该方法虽然能实现相应功能，但由于扑翼在扑动过程中机翼上的空气动力会在机翼根部形成很大的力矩，而在机翼内部安装舵机会增加机翼的重量，从而增加扑动过程中机翼根部的力矩，同时由于扑翼在飞行过程中需要不断向上向下扭转，扭转过程中机翼产生的阻力大部分被舵机消耗，舵机的使用寿命也会大大缩短，主动扭转机构对驱动舵机有很高的要求。


技术实现要素：

[0005]
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种适用于大型扑翼的扭转自适应机翼结构，简化了传统机翼的结构，可以将机翼扑动过程中由空气阻力产生的能量储存下来，并用于下一扑动阶段，更好地适应于不同的飞行状态，在提高扑翼飞行效率的同时，还能够有效减小扑翼飞行过程中机翼的损伤，从而提高机翼的使用寿命。
[0006]
本发明包括弯折翼部分和扭转翼部分，弯折翼部分和扭转翼部分之间设置有连接件，连接件的一端固定在扭转翼部分，另一端铰接在弯折翼部分。
[0007]
所述的弯折翼部分包括弯折翼上梁，弯折翼下梁和若干翼肋，翼肋上开有固定孔和槽孔，弯折翼上梁与翼肋上的固定孔固定，弯折翼下梁穿过翼肋上的槽孔在槽孔之间往复运动。
[0008]
所述的扭转翼部分包括扭转翼翼梁，若干扭转翼翼肋和能量储存机构，扭转翼翼肋与扭转翼翼梁连接，能量储存机构装在扭转翼翼肋上；所述的能量储存机构包括轴承，储能弹簧，翼梁固定件和翼肋固定件，其中，扭转翼翼肋与扭转翼翼梁通过轴承连接，翼梁固
定件和翼肋固定件分别固定在扭转翼翼梁和扭转翼翼肋上，翼梁固定件上设有小孔，储能弹簧两端分别穿过翼梁固定件上的小孔。
[0009]
进一步改进，所述的弯折翼部分还设置有弯折段支撑杆，弯折段支撑杆一端与弯折翼上梁固定连接，另一端与机身铰接，用于抵抗飞行过程中来自正前方的空气阻力，从而增加机翼的稳定性。
[0010]
进一步改进，所述的弯折翼上梁采用方形高强度碳纤维结构，弯折翼下梁为任意的形状碳纤维结构。
[0011]
进一步改进，所述的扭转翼翼肋有四根，其中的第一根和第三根扭转翼翼肋上安装有能量储存机构。
[0012]
进一步改进，所述的扭转翼翼梁采用圆形高强度碳杆结构。
[0013]
进一步改进，所述的扭转翼翼肋除了端肋以外通过扭转翼翼肋连接杆连接成一个整体，提高机翼的扭转效率。
[0014]
进一步改进，所述的储能弹簧采用90度扭簧。
[0015]
本发明有益效果在于：1、通过对传统扑翼的机翼结构进行简化，在实现扑翼的弯折和扭转运动的基础上，在机翼的扭转段设有储能装置，将机翼扑动过程中所承受的部分阻力能量储存下来，并作用于下一阶段的扑动过程，在满足高推力的同时，还在一定程度上减小了扑翼飞行过程中竖直方向上的抖动，有效提高了扑翼飞行过程中的能量利用，进而提高扑翼的续航性能。
[0016]
2、机翼的扭转角会随着扑动频率和气动阻力的变化而变化，且扭转频率会自动跟随扑动频率，可自动适应于扑翼的不同飞行状态，由于扭转采用的是弹性储能装置，对机翼的扭转角变化起到一定的缓冲作用，减小了机翼在扑动中的冲击力，其寿命也会比传统的纯机械结构长，可靠性更高。
附图说明
[0017]
图1为本发明实例的弯折翼部分示意图。
[0018]
图2为本发明实例的扭转翼部分示意图。
[0019]
图3为本发明实例的能量储存机构示意图。
[0020]
图4为本发明实例的下扑过程扭转翼部分工作原理示意图。
[0021]
图5为本发明实例的上扑过程扭转翼部分工作原理示意图。
[0022]
图6为本发明实例的机翼内部结构示意图。
[0023]
图7为本发明实例的机翼蒙皮示意图示意图。
[0024]
附图标记包括11-弯折翼上梁，12-弯折翼下梁，13-翼肋，14-弯折段支撑杆，15-机翼连接件；21-扭转翼翼梁，22-扭转翼翼肋
①
，23-扭转翼翼肋
②
，24-扭转翼翼肋
③
，25-扭转翼翼肋
④
，26-扭转翼翼肋连接杆；31-轴承，32-储能弹簧，33-翼梁固定件，34-翼肋固定件。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0026]
如图1所示，本发明实例所提供的一种适用于大型扑翼的扭转自适应机翼，包括弯折翼部分和扭转翼部分，其中弯折翼部分包括弯折翼上梁11，弯折翼下梁12，翼肋13，弯折段支撑杆14和机翼连接件15，在本发明实例中为了便于翼梁和翼肋之间的固定，弯折翼上梁采用方形高强度碳纤维结构，与翼肋上的方孔进行固定；弯折翼下梁可以是任意的形状碳纤维结构，弯折翼部分布置两根翼肋，翼肋上设有槽孔，在机翼扑动过程中弯折翼下梁12会在翼肋槽孔之间往复运动，弯折段支撑杆14和机身铰接，用于抵抗飞行过程中来自正前方的空气阻力，从而增加机翼的稳定性，在弯折翼部分的端部有机翼连接件15，用于连接机翼的弯折段和扭转段。
[0027]
如图2和图3所示，机翼的扭转翼部分包括一根扭转翼翼梁21，四根扭转翼翼肋（22，23，24，25），翼肋连接杆26和两个能量储存机构，为了实现扭转运动扭转翼翼梁21采用圆形高强度碳杆结构，翼梁和翼肋之间通过轴承31连接，在扭转翼翼肋
①
22和扭转翼翼肋
③
24上分别装有能量储存机构，能量储存机构由轴承31，储能弹簧32，翼梁固定件33和翼肋固定件34构成，其中翼梁固定件33和翼肋固定件34分别固定在翼梁和翼肋上，固定件上设有小孔，本实例中的储能弹簧采用90度扭簧，扭簧的两端分别穿过固定件上的小孔，扭转翼翼肋连接杆26则通过翼肋上的安装孔将除端肋以外的翼肋连接起来，使扭转翼部分的翼肋形成一个整体，提高机翼的扭转效率。
[0028]
下面将介绍扭转翼部分的工作原理，如图4和图5所示，当机翼下扑时会在翼肋下方产生风阻，风阻会使翼肋绕着翼梁旋转，此时翼肋固定件34会跟随翼肋一起旋转，而通过翼梁固定件33固定在翼梁上的扭簧会阻止这一旋转过程，并将由于翼肋旋转产生的形变势能储存下来，而在机翼上扑时风阻的方向与下扑时正好相反，此时扭簧所储存的能量将会释放出去，对上扑运动有一定的促进作用，当上扑过程的扭转角到达一定角度时，扭簧又会阻止扭转角进一步增大，并将能量储存下来，最终作用于下扑阶段。扭簧在扑动过程中会限制翼肋扭转角的大小，并将储存的能量作用到下一扑动过程，当机翼的扑动频率变化时，产生的风阻大小也会发生变化，最终机翼的扭转角也会发生变化，该机翼属于一种空气动力自适应的结构。
[0029]
如图6所示，机翼的弯折翼部分和扭转翼部分通过机翼连接件15进行连接，机翼连接件15的一端和扭转翼部分固定，另一端则与弯折翼部分的上下翼梁铰接，在机翼扑动时，弯折翼部分在上下扑动时会带动扭转翼部分的运动，同时扭转翼部分又在空气阻力和储能机构的作用下不断扭转，最终实现在扑动过程中机翼大幅度的扑动与扭转运动。
[0030]
如图7所示，机翼的弯折翼部分和扭转翼部分表面覆盖有蒙皮，蒙皮采用具有一定弹性且发泡率较高的epp材料，该材料在低速情况下的气动特性较好，对机翼在扑动过程中产生的冲击力也有一定的缓冲作用。
[0031]
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

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