一种折扭耦合仿生机翼及仿生飞行器

本发明涉及仿生飞行器，具体涉及一种折扭耦合仿生机翼及仿生飞行器。

背景技术：

1、仿生飞行器是一种模仿借鉴自然生物的飞行方式和控制体系，以及结合流体力学、材料力学和微系统控制学等技术手段研制的人造飞行器，它具有体积小、质量轻、隐蔽性强和灵活性高等优点。

2、如申请号为cn202211013053.8，发明名称为一种可折叠变形的仿生无人飞行器的中国专利，该仿生无人飞行器包括机身，其中，机身上安装有尾翼、机翼和驱动系统；驱动系统和尾翼分别设置于机身前后两端；机翼设置于机身两侧；机翼包括折叠驱动装置、初级翼和次级翼；两侧机翼可实现初级翼和次级翼的对称折叠变形及非对称折叠变形，以此能够实现飞行器两侧机翼的对称或非对称变形，并根据飞行环境和飞行任务的不同自适应改变翼型。

3、虽然该仿生无人飞行器具有上述诸多优点，但是在实际使用过程中，发明人发现，目前的仿生无人飞行器还存在着不足，具体在于：

4、该仿生无人飞行器的初级翼和次级翼上安装有若干根相互独立的仿生翼肋，相邻两个仿生翼肋之间存在间隙，其中，机翼的前部对应第一连杆、第二连杆和第六连杆，仿生翼肋在与所对应的第一连杆或第二连杆或第六连杆相配合的过程中，仿生翼肋伸出第一连杆或第二连杆或第六连杆，仿生翼肋上的所伸出的部分的端部形状呈弧形，在初级翼和次级翼上安装蒙皮后，其呈弧形的端部形状能使机翼的前缘呈圆弧过渡状，能够减弱空气阻力对飞行的影响，

5、然而，若干仿生翼肋呈间隔排布，相邻仿生翼肋的前端并无连接件连接，机翼骨架的最前端上的用于支撑蒙皮的部分为仿生翼肋的前端，在相邻两个仿生翼肋之间的距离较大时，虽然能够减少机翼上的仿生翼肋的数量，使仿生无人飞行器更加轻量化，但是会减弱仿生翼肋的前端对蒙皮的支撑效果，在仿生无人飞行器迎风时，会增加仿生翼肋的前端所对应的蒙皮向机翼骨架内部凹陷的风险，其蒙皮凹陷后，会增加空气阻力，不利于飞行，尤其是采用柔性蒙皮的情况下，其风险更大；在相邻两个仿生翼肋之间的距离较小时，存在更多数量的仿生翼肋对蒙皮进行支撑，虽然能够提高仿生翼肋的前端对蒙皮的支撑效果，但是较多数量的仿生翼肋增加了仿生无人飞行器的自重，使其机翼骨架结构更加复杂，不利于仿生无人飞行器的机翼的轻量化设计。

6、所以，基于上述不足，目前亟需设计一种折扭耦合仿生机翼及仿生飞行器，在提高机翼骨架对蒙皮的支撑效果的同时，利于仿生无人飞行器的机翼的轻量化设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前仿生无人飞行器在实际使用过程中存在的上述不足，提供了一种折扭耦合仿生机翼及仿生飞行器，以达到在提高机翼骨架对蒙皮的支撑效果的同时，利于仿生无人飞行器的机翼的轻量化设计的目的。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种折扭耦合仿生机翼，包括机翼骨架，所述机翼骨架包括机翼主骨架和若干个支撑翼肋，所述机翼主骨架用于控制所述仿生机翼的折叠和展开，若干所述支撑翼肋沿所述机翼主骨架的长度方向间隔布置，所述支撑翼肋的前端部对应所述仿生机翼的机翼前缘，所述支撑翼肋的前端部为翼肋前端部；

4、所述机翼骨架还包括若干支撑桁条，单个所述支撑桁条与若干所述翼肋前端部相配合，所述支撑桁条与翼肋前端部配合形成用于支撑蒙皮的网格状结构，所述支撑桁条的弯折与所述仿生机翼的折叠和展开同步。

5、作为本技术优先的技术方案，所述机翼主骨架为三段式空间四边形机翼骨架，在沿所述机翼主骨架与机身相配合的部分到逐渐靠近翼尖的方向上，所述机翼主骨架上的朝向所述机翼前缘的部分依次为第一骨形梁、第二骨形梁和第三骨形梁；

6、所述第一骨形梁与第二骨形梁相铰接，所述第二骨形梁与第三骨形梁相铰接；

7、所述第一骨形梁、第二骨形梁和第三骨形梁上均设置有所述支撑翼肋。

8、作为本技术优先的技术方案，所述翼肋前端部上设置有穿入孔，所述支撑桁条与穿入孔相配合，所述支撑桁条能相对所述穿入孔移动，所述支撑桁条被划分为桁条一段、桁条二段和桁条三段，所述桁条一段与桁条二段相铰接，所述桁条二段与桁条三段相铰接，所述桁条一段对应第一骨形梁，所述桁条二段对应第二骨形梁，所述桁条三段对应第三骨形梁。

9、作为本技术优先的技术方案，所述第一骨形梁、第二骨形梁和第三骨形梁上均设置有至少两个所述支撑翼肋。

10、作为本技术优先的技术方案，所述机翼骨架包括三个支撑桁条，依次为上桁条、中桁条和下桁条，所述上桁条对应所述翼肋前端部的上层边缘区域，所述中桁条对应所述翼肋前端部的中层边缘区域，所述下桁条对应所述翼肋前端部的下层边缘区域。

11、作为本技术优先的技术方案，所述支撑桁条的横截面为条形结构，所述上桁条上的桁条一段与桁条二段之间的转动轴垂直于所述上桁条的厚度方向，所述中桁条上的桁条一段与桁条二段之间的转动轴平行于所述中桁条的厚度方向，所述下桁条上的桁条一段与桁条二段之间的转动轴垂直于所述下桁条的厚度方向。

12、作为本技术优先的技术方案，所述桁条一段上的靠近所述桁条二段的部分为第一变形段，所述第一变形段能发生弯曲，所述第一变形段弯曲时的弯曲方向与所述支撑桁条的宽度方向垂直；

13、所述桁条二段上的靠近所述桁条一段的部分为第二变形段，所述第二变形段能发生弯曲，所述第二变形段弯曲时的弯曲方向与所述支撑桁条的宽度方向垂直；

14、所述桁条一段上设置有抵接件，所述抵接件用于与所述桁条一段上的最靠近桁条二段的翼肋前端部相配合，在所述仿生机翼折叠时，所述抵接件能与翼肋前端部相抵，使所述第一变形段和第二变形段弯曲变形，所述第一变形段和第二变形段的弯曲变形方向朝向所述仿生机翼的外侧；

15、所述机翼骨架上覆盖有蒙皮，所述蒙皮具有弹性。

16、作为本技术优先的技术方案，所述抵接件包括基座和抵板，所述基座套设在所述桁条一段上，所述基座能沿所述桁条一段的长度方向移动，所述桁条一段上的沿其长度方向上设置有若干定位孔，所述基座通过锁止件与所述定位孔相配合，使所述基座相对所述桁条一段固定；

17、所述抵板用于与所述翼肋前端部相抵，以使所述第一变形段和第二变形段弯曲变形。

18、作为本技术优先的技术方案，所述基座与抵板转动连接，所述基座和抵板之间还连接有调节组件；

19、所述调节组件包括弹簧和调节旋钮，所述弹簧具有弹性，所述弹簧连接所述基座和抵板，所述调节旋钮与所述基座螺纹连接，所述调节旋钮与所述抵板相抵，通过使所述调节旋钮相对所述基座转动，用于调节所述抵板与桁条一段之间所形成的夹角α的角度大小。

20、本发明还提供了一种仿生飞行器，包括如上所述的折扭耦合仿生机翼。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果：

22、1. 在本技术的方案中，通过设置支撑桁条，使支撑桁条与翼肋前端部相配合形成用于支撑蒙皮的网格状结构，相较于只依靠仿生翼肋的的前端对蒙皮进行支撑的方式而言，本技术的蒙皮的支撑效果更佳，能沿横向和纵向两个方向对蒙皮进行支撑，能够降低仿生翼肋的前端所对应的蒙皮向机翼骨架内部凹陷的风险，并且在支撑桁条的作用下，能适应性减小仿生翼肋的数量，增大相邻仿生翼肋之间的间隙，从而在提高机翼骨架对蒙皮的支撑效果的同时，利于仿生无人飞行器的机翼的轻量化设计；

23、2. 进一步的，将支撑桁条的横截面设置成条形结构，并对上桁条、中桁条和下桁条所对应的桁条一段与桁条二段之间的转动轴进行限定，以限定上桁条、中桁条和下桁条的布置形式，能使支撑桁条上的较宽的一面朝向蒙皮，提高了支撑桁条上的用于支撑蒙皮的支撑面积，从而提高了蒙皮被支撑时的支撑效果；

24、3. 进一步的，在桁条一段上设置第一变形段，在桁条二段上设置第二变形段，在仿生机翼折叠的过程中，桁条一段、桁条二段和桁条三段相对机翼主骨架的位置均发生移动，其中，桁条一段存在朝靠近机身的方向移动的移动趋势，在桁条一段朝靠近机身的方向移动的过程中，设置在桁条一段上的抵接件能与翼肋前端部相抵，使桁条一段不再朝靠近机身的方向移动，而在桁条一段的运动趋势的作用下，会使第一变形段和第二变形段弯曲变形，且第一变形段和第二变形段的弯曲变形方向朝向仿生机翼的外侧，使得被第一变形段和第二变形段所支撑的蒙皮成隆起状，在所对应的上桁条、中桁条和下桁条均朝仿生机翼的外侧弯曲变形时，能使仿生机翼的机翼前缘上的对应第一变形段和第二变形段的部分的体积增大，其所增大的体积能够在飞行过程中增加风阻，如此，在飞行器转弯的过程中，可使机身一侧的仿生机翼处于完全展开状，机身另一侧的仿生机翼呈未完全展开状，处于未完全展开状的仿生机翼呈折叠状，其获取的升力相较于处于完全展开状的仿生机翼而言要小，同时，处于未完全展开状的仿生机翼的机翼前缘上的对应第一变形段和第二变形段的部分的体积增大，其所增大的体积为该侧仿生机翼提供更大的风阻，更利于飞行器的转向，同时，在第一变形段和第二变形段弯曲后，其桁条一段和桁条二段的结构更加稳定，更利于对抗更强的风阻，进一步提高了仿生机翼的结构的稳固性，并且在无需引入其他副翼的情况下，可使仿生机翼提供更大的风阻，并利于飞行器的转向；

25、4. 进一步的，通过设置基座和抵板，使基座能沿桁条一段的长度方向移动，并且桁条一段通过锁止件与定位孔相配合，在锁止件与不同的定位孔相配合时，能使抵接件固定在桁条一段上的不同位置，从而，在机翼骨架由完全展开状态到逐渐折叠的过程中，能够调整抵板刚与翼肋前端部相抵时的机翼骨架的折叠状态，此状态为机翼骨架的临界折叠状态，从而能够在机翼骨架达到一定的折叠程度后，使第一变形段和第二变形段开始朝仿生机翼的外侧变形，如此，通过使基座与不同的定位孔相配合，能够调整机翼骨架处于临界折叠状态时的机翼骨架的折叠程度，便于操作者调整机翼骨架达到何种折叠程度时使蒙皮被顶起成隆起状，以引入蒙皮隆起对机翼风阻的影响；

26、同时，上桁条、中桁条和下桁条上的抵接件的调节是独立的，在机翼骨架处于折叠状态时，能使上桁条、中桁条和下桁条所对应的第一变形段和第二变形段处于不同的弯曲程度，并且其上桁条、中桁条和下桁条之间所对应的弯曲程度的差异可进行调节，进一步提高了蒙皮表面形状调节的灵活性。