[发明专利]一种具有水平前翼和垂直前翼的微型扑翼飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及扑翼飞行器，尤其是一种微型扑翼飞行器。

背景技术

1992年，美国首次提出微型飞行器的概念，由于其尺寸小、重量轻、效率高、用途广泛而迅速成为了研究热点。微型飞行器主要有微型固定翼飞行器、微型旋翼飞行器和微型扑翼飞行器三大类，空气动力学相关研究表明，在微型飞行器的雷诺数范围内，扑翼飞行器比其他两类飞行器具有更高的气动效率，以微型扑翼飞行器为平台的无人机系统已经成为未来微型无人飞行器发展的主要方向。围绕这一课题，各国已研制出可控飞行的扑翼飞行器，最近公开的具有代表性的是荷兰Delft大学的“Delfly III”和美国Aero Environment公司的“Hummingbird”，这些飞行器的飞行性能与之前相比有了较大提高，但仍然没有成为具备完善系统功能的微型扑翼无人机系统。

综合来看，由于微型扑翼飞行器载荷能力相对较差、内部空间有限，导致难以安装无人机系统所必须的飞控/导航系统、数据链以及任务载荷等机载设备，这个矛盾是微型扑翼无人机平台设计的核心问题之一。另一方面，目前的微型扑翼飞行器大多采用常规布局，即扑翼位于尾翼之前，重心位于扑翼和尾翼之间的布局形式。这种布局的不足有两个方面：一是微型扑翼飞行器全机焦点位置比较靠前，通常位于扑翼的四分之一至四分之三弦长位置，为了满足静稳定性要求，全机重心位置需要相应地向前调整，难以充分利用机身空间安装机载设备；而是为了满足配平飞行要求，水平尾翼通常产生负的升力，影响了气动效率，降低了微型扑翼飞行器的载荷能力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有水平前翼和垂直前翼的微型扑翼飞行器，通过改变飞行器布局，提高微型扑翼飞行器的气动效率，充分利用微型飞行器的机身空间安装机载设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机身、扑翼、扑翼驱动机构、扑翼支撑杆、水平前翼和垂直前翼。

所述机身为左右对称的平板，扑翼驱动机构安装于机身，能通过齿轮减速器和四连杆机构将电机的旋转运动变为四连杆一对左右对称摇臂的上下摆动。扑翼支撑杆位于扑翼驱动机构的后方，垂直于机身对称平面，向左右两侧对称的伸出。所述扑翼为左右对称的一对，包括位于前缘的前梁和位于后方的辅助梁，它们与若干翼肋共同构成扑翼框架，框架上粘贴薄膜蒙皮。扑翼前梁与扑翼驱动机构摇臂上的盲孔插接，扑翼辅助梁与扑翼支撑杆外端枢接。这种连接方式使扑翼能在扑翼驱动机构摇臂的带动下进行上下扑动产生升力和推力。

所述水平前翼安装于机身上，位于扑翼前方，左右对称，分为前后两部分，前部为固定的水平安定面，后部为升降舵，可绕水平安定面和升降舵的连接线转动。水平安定面具有正的安装角，使得全机迎角一定时，水平前翼产生的升力增加，在无需增加水平前翼与扑翼距离的前提下就能有效的配平飞行器。又因为水平前翼和扑翼的距离是限制机身长度的主要因素，因此水平前翼采用正安装角能够减小机身长度，从而减小微型扑翼飞行器的尺寸。升降舵能由舵机驱动上下偏转，提供飞行中的俯仰操纵力矩。

所述垂直前翼安装于机身上，位于扑翼前方，其参考翼面位于机身对称平面内，分为前后两部分，前部为固定的垂直安定面，后部为方向舵，可在舵机的驱动下绕垂直安定面和方向舵的连接线转动，提供横航向控制力矩。由于扑翼扑动的作用会在扑动区域内形成涡流，如果垂直安定面和方向舵按照传统垂直尾翼的形式安装，则会完全置于扑翼涡流内，丧失操纵效能。又由于扑翼扑动作用导致扑翼飞行器横向阻尼相对较大，距离滚转轴线较近的升降舵无法通过左右差动提供足够的滚转操纵力矩。综上所述，本发明技术方案提出的垂直前翼布置方案是对此种布局扑翼飞行器进行有效横航向操纵的必要手段。

所述扑翼和水平前翼之间的机身可用于安装数据链、飞控/导航系统等机载设备。

本发明的有益效果是：由于上述布置方案，满足静稳定性要求的重心位置处在水平前翼与扑翼之间，这段空间是机身主体部分所在位置，也就是数据链、飞控/导航系统、任务载荷等无人机系统需要的机载设备安装的位置，只需纵向的小幅度位置调整就能满足重心要求。因此，本发明提供的技术方案取得了机载设备静稳定性要求和空间位置要求的统一，实现了机身空间的充分利用。

本发明的技术方案采用了位于扑翼前方的水平前翼，并采用了正的安装角，配平飞行状态下水平前翼产生正的升力，使全机升力大于扑翼产生的升力，提高了微型扑翼飞行器的气动效率。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明轴测图；