一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器

本技术属于无人机航空，具体涉及一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器。

背景技术：

1、作为一种灵活的探测作业平台，飞行器应用于火星探测具有其独特优势，相对着陆器或漫游车，火星飞行器的巡航探测范围更广、速度更快，并且可以在星表巡航或悬停、可靠地探测危险地形，拍摄高分辨率图片，可对着陆器或漫游车的周围环境进行全景调查和现场监控。目前火星飞行器的结构型式主要包括扑翼、浮空气球、滑翔机式、固定翼式和旋翼式五种。在上述各型式的飞行器中，扑翼式飞行器技术尚不成熟且带载有限；浮空气球受恶劣天气环境限制较大；滑翔机无法在星表重复起降；固定翼式飞行器飞行距离长，巡航面积大，且飞行速度快飞行高度高，但需要大面积平坦地形起降；旋翼式飞行器则控制方法成熟、起降地形适应性好、带载能力强，但能耗较大，续航时间短。因此，兼具固定翼的长续航高覆盖能力与旋翼的垂直起降功能的复合翼飞行器成为关注的重点。

2、现有技术中，复合翼飞行器一般通过变距机构来改变机翼角度完成旋翼和复合翼的直接转换，例如，公开号为cn 116495213 a的中国专利公开了一种变距直驱混合动力复合翼垂起无人机，此类复合翼飞行器虽然可以实现固定翼与旋翼间切换，但此机翼切换过程中飞行升力的瞬间消失，会导致飞行器的短时间下落并可能导致飞行状态的破坏，具有不稳定性。而普通的旋翼和固定翼直接结合则会使机身过重，消耗不必要的能量。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，拟解决现有复合翼飞行器机身过重以及旋翼与固定翼形态转换过程中稳定性差的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

2、一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，包括机身、旋翼组件、蝙蝠翼组件和尾翼组件；所述机身上端连接有旋翼组件和蝙蝠翼组件；所述旋翼组件用于为飞行器提供动力；所述蝙蝠翼组件包括蝙蝠翼薄膜和形态转换机构，所述形态转换机构用于控制所述蝙蝠翼薄膜的展开与回收；所述尾翼组件安装于所述机身尾端，所述尾翼组件用于控制飞行器的俯仰和偏转。

3、进一步的，所述旋翼组件包括第一电机和旋翼；所述第一电机安装于所述机身内，所述旋翼固定连接在所述第一电机的输出轴上。

4、进一步的，所述形态转换机构包括蝙蝠翼支撑轴、形态转换开关放置架和形态转换开关；所述蝙蝠翼支撑轴设于所述旋翼和机身之间，且通过连接杆和所述机身连接；所述蝙蝠翼支撑轴用于收纳蝙蝠翼薄膜；所述形态转换开关放置架设于所述机身侧壁，所述形态转换开关放置架顶端设有用于控制蝙蝠翼薄膜的展开与回收的形态转换开关。

5、进一步的，所述形态转换开关包括第二电机、与第二电机输出轴连接的卷轴以及绕设在卷轴上的连接绳；所述连接绳远离卷轴的一端与所述蝙蝠翼薄膜连接。

6、进一步的，所述尾翼组件包括安装座、第三电机、尾翼杆和尾翼；所述安装座设于所述机身底部；所述尾翼杆一端和安装座连接，另一端和尾翼连接；所述第三电机用于驱动所述尾翼旋转。

7、进一步的，所述安装座包括转台、鞍座、第四电机和第五电机；所述机身底部上表面设有转台，所述转台上固定有鞍座，所述鞍座用于安装尾翼杆并限定尾翼杆为竖直面上的自由度；所述第四电机用于驱动尾翼杆上下运动；所述第五电机用于驱动所述转台转动，从而带动尾翼杆水平方向运动。

8、进一步的，还包括起落架，所述起落架安装于所述机身下端；所述起落架用于起飞或降落时支撑飞行器。

9、进一步的，所述起落架为两组，两组所述起落架对称安装于所述机身两侧；所述起落架包括交叉设置的第一斜杆和第二斜杆；所述第一斜杆和第二斜杆的上端分别和所述机身侧壁连接，所述第一斜杆和第二斜杆的下端通过横杆活动连接；所述机身内设有第六电机，所述第六电机用于驱动两组所述起落架同步运动。

10、进一步的，所述起落架材料为弹性储能材料。

11、本实用新型的有益效果是：

12、1.本实用新型提供的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，通过蝙蝠翼薄膜展开来进行翼之间的变换，结合了旋翼起降高效率和固定翼平飞能耗小、续航时间久的优势，兼具较好的地形适应性和巡航性能。

13、2.本实用新型提供的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，采用轻型薄膜材料作固定翼，使飞行器更轻便灵巧，可节省旋翼起飞所需能源。

14、3.本实用新型提供的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，在气动方面，尾翼组件仿生鸟类尾羽，有两个方向的自由度，既可以控制飞行器转向与保持平衡，同时还可为飞行过程提供一定升力，保障固定翼状态下的飞行效率。

15、4.本实用新型提供的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，在飞行器飞行稳定性方面，现有飞行器旋翼与固定翼形态转换过程中力矩的变化可能造成机身的不稳定，可利用尾翼杆和尾翼的高自由度来调整角度及尾翼的功率来调节实现平衡。

16、5.本实用新型提供的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，起落架采用弹性储能材料，且该起落架仿生鸟类起落状态的腿部变化，利用着陆姿态的调整，将着陆时冲力产生的机械能储存起来，起飞时释放，可有效节省起飞能量，能将能量最大化地利用起来，保证续航水平。

技术特征：

1.一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：包括机身(1)、旋翼组件、蝙蝠翼组件和尾翼组件；所述机身(1)上端连接有旋翼组件和蝙蝠翼组件；所述旋翼组件用于为飞行器提供动力；所述蝙蝠翼组件包括蝙蝠翼薄膜(2)和形态转换机构，所述形态转换机构用于控制所述蝙蝠翼薄膜(2)的展开与回收；所述尾翼组件安装于所述机身(1)尾端，所述尾翼组件用于控制飞行器的俯仰和偏转。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述旋翼组件包括第一电机和旋翼(3)；所述第一电机安装于所述机身(1)内，所述旋翼(3)固定连接在所述第一电机的输出轴上。

3.根据权利要求2所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述形态转换机构包括蝙蝠翼支撑轴(4)、形态转换开关放置架(5)和形态转换开关；所述蝙蝠翼支撑轴(4)设于所述旋翼(3)和机身(1)之间，且通过连接杆(6)和所述机身(1)连接；所述蝙蝠翼支撑轴(4)用于收纳蝙蝠翼薄膜(2)；所述形态转换开关放置架(5)设于所述机身(1)侧壁，所述形态转换开关放置架(5)顶端设有用于控制蝙蝠翼薄膜(2)的展开与回收的形态转换开关。

4.根据权利要求3所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述形态转换开关包括第二电机、与第二电机输出轴连接的卷轴(7)以及绕设在卷轴(7)上的连接绳；所述连接绳远离卷轴(7)的一端与所述蝙蝠翼薄膜(2)连接。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述尾翼组件包括安装座、第三电机、尾翼杆(8)和尾翼(9)；所述安装座设于所述机身(1)底部；所述尾翼杆(8)一端和安装座连接，另一端和尾翼(9)连接；所述第三电机用于驱动所述尾翼(9)旋转。

6.根据权利要求5所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述安装座包括转台(10)、鞍座(11)、第四电机(12)和第五电机(13)；所述机身(1)底部上表面设有转台(10)，所述转台(10)上固定有鞍座(11)，所述鞍座(11)用于安装尾翼杆(8)并限定尾翼杆(8)为竖直面上的自由度；所述第四电机(12)用于驱动尾翼杆(8)上下运动；所述第五电机(13)用于驱动所述转台(10)转动，从而带动尾翼杆(8)水平方向运动。

7.根据权利要求1所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：还包括起落架(14)，所述起落架(14)安装于所述机身(1)下端；所述起落架(14)用于起飞或降落时支撑飞行器。

8.根据权利要求7所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述起落架(14)为两组，两组所述起落架(14)对称安装于所述机身(1)两侧；所述起落架(14)包括交叉设置的第一斜杆和第二斜杆；所述第一斜杆和第二斜杆的上端分别和所述机身(1)侧壁连接，所述第一斜杆和第二斜杆的下端通过横杆活动连接；所述机身(1)内设有第六电机，所述第六电机用于驱动两组所述起落架(14)同步运动。

9.根据权利要求8所述的一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，其特征在于：所述起落架(14)材料为弹性储能材料。

技术总结本技术公开了一种薄膜展开式仿生复合翼飞行器，属于无人机航空技术领域，包括机身、旋翼组件、蝙蝠翼组件和尾翼组件；所述机身上端连接有旋翼组件和蝙蝠翼组件；所述旋翼组件用于为飞行器提供动力；所述蝙蝠翼组件包括蝙蝠翼薄膜和形态转换机构，所述形态转换机构用于控制所述蝙蝠翼薄膜的展开与回收；所述尾翼组件安装于所述机身尾端，所述尾翼组件用于控制飞行器的俯仰和偏转。本技术能有效解决现有复合翼飞行器机身过重以及旋翼与固定翼形态转换过程中稳定性差的问题。技术研发人员：魏巍,涂静涵,左懿凡,屈笑晨,申家芮,俞悦受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：20231030技术公布日：2024/5/27