一种扑翼-滑翔复合式微飞行器及其可控滑翔控制方法

本发明涉及微飞行器，具体是一种扑翼-滑翔复合式微飞行器及其可控滑翔控制方法。

背景技术：

1、微飞行器是高度集成化的微型智能无人系统，是先进材料、前沿微纳制造、微电子与控制技术的综合集成与典型代表，具有体积小、重量轻、灵活度高等显著优点。微飞行器可以与传统无人系统优势互补，促进无人装备跨尺度融合发展，提升无人系统综合作战能力，促进无人平台多尺度体系能力形成。在民用方面，由于微飞行器具有小型化特点且灵活性好，可用于在复杂未知的环境中的搜寻与探测，可运用于复杂未知环境地图的测绘、考古以及地震等自然灾害的灾后搜救等。

2、目前，微飞行器续航能力和稳定性较差，最新的研究成果仅能实现无缆飞行数秒，且飞行器易侧翻，飞行稳定性较差；而被动滑翔装置功耗低，滞空时间较长，稳定性较好，但其可控性和机动性较差，目前无法实现可控方向的灵活运动。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明供一种扑翼-滑翔复合式微飞行器及其可控滑翔控制方法，通过利用扑翼飞行的高机动性与滑翔飞行的低功耗性的特点，设计一种毫克级扑翼-滑翔复合式自稳定飞行结构，可以实现微飞行器持续自稳定飞行，并通过控制滑翔翼变形，实现微飞行器的可控滑翔运动。

2、为实现上述目的，本发明提供一种扑翼-滑翔复合式微飞行器，包括滑翔模块和扑翼模块；

3、所述滑翔模块包括滑翔展翼和垂直尾翼，所述垂直尾翼设在所述滑翔展翼顶部中线靠后的位置，且所述垂直尾翼垂直于所述滑翔展翼；

4、所述扑翼模块包括扑翼机身以及两个仿生翼，所述扑翼机身设在所述滑翔展翼顶部中线靠前的位置，两所述仿生翼对称设在所述扑翼机身的两侧。

5、在其中一个实施例，所述滑翔展翼包括滑翔支撑骨架与滑翔翼膜；

6、所述滑翔支撑骨架包括支撑底板以及若干放射支撑细杆，各所述放射支撑细杆的一端与所述支撑底板，另一端呈放射状向外延伸；

7、所述扑翼机身设在所述支撑底板上，所述滑翔翼膜设在所述放射支撑细杆上，所述垂直尾翼设在所述滑翔翼膜上。

8、在其中一个实施例，所述滑翔展翼还包括变形驱动器，所述变形驱动器附着于所述滑翔翼膜上，以驱动所述滑翔翼膜变形。

9、在其中一个实施例，所述变形驱动器的数量为三个；

10、第一个所述变形驱动器的一端与所述支撑底板的左侧边相连，另一端向所述支撑底板的左侧方向延伸，形成左悬臂梁结构；

11、第二个所述变形驱动器的一端与所述支撑底板的右侧边相连，另一端向所述支撑底板的右侧方向延伸，形成右悬臂梁结构；

12、第三个所述变形驱动器的一端与所述支撑底板的后侧边相连，另一端向所述支撑底板的后侧方向延伸，形成后悬臂梁结构。

13、在其中一个实施例，所述扑翼模块还包括压电驱动器与两个球形四连杆传动机构；

14、两所述球形四连杆传动机构对称设在所述扑翼机身的两侧，且与所述仿生翼一一对应，所述仿生翼连接在对于所述球形四连杆传动机构上；

15、所述压电驱动器的一端与所述扑翼机身相连，另一端与所述球形四连杆传动机构相连。

16、在其中一个实施例，所述球形四连杆传动机构包括第一刚性板、第二刚性板、第三刚性板与第四刚性板，所述第一刚性板、所述第二刚性板、所述第四刚性板均为平面板，所述第三刚性板为u型板；

17、所述第一刚性板的一端与所述压电驱动器相连，所述第一刚性板的另一端通过柔性薄膜与所述第二刚性板的一端相连，所述第二刚性板的另一端通过柔性薄膜与所述第三刚性板的一个u型竖边板相连；

18、所述第四刚性板的一端与所述扑翼机身相连，所述第四刚性板的另一端通过柔性薄膜与所述第三刚性板的另一个u型竖边板相连；

19、所述第三刚性板的u型底边板与对应所述仿生翼相连。

20、在其中一个实施例，所述压电驱动器包括尾端连接块、第一首端连接块、第二首端连接块、第一变形块与第二变形块；

21、所述尾端连接块的第一端与所述扑翼机身相连，所述第一变形块的第一端、所述第二变形块的第一端均连接在所述尾端连接块的第二端；

22、所述第一首端连接块的一端与所述第一变形块的第二端相连，另一端与其中一所述球形四连杆传动机构的第一刚性板相连；

23、所述第二首端连接块的一端与所述第二变形块的第二端相连，另一端与另一所述球形四连杆传动机构的第一刚性板相连。

24、为实现上述目的，本发明还提供一种上述扑翼-滑翔复合式微飞行器的可控滑翔控制方法，包括：

25、调节扑翼模块的输出力与力矩；和/或

26、调节滑翔模块的形状，从改变气动作用力。

27、在其中一个实施例，所述调节扑翼模块的输出力与力矩包括：

28、调节压电驱动器的初始偏置位置；和/或

29、分别调节压电驱动器中第一变形块与第二变形块的振幅，保持同频不同幅；和/或

30、分别调节压电驱动器中第一变形块与第二变形块的外部输入信号的种类与频率，其中，所述外部输入信号为连续交流信号或直流偏置信号或步进信号。

31、在其中一个实施例，所述调节滑翔模块的形状包括：

32、组合调节滑翔展翼的变形方向与变形量；和/或

33、调节垂直尾翼的大小与水平布置角度。

34、与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

35、1.本发明中的微飞行器采用扑翼-滑翔复合式结构，兼具了扑翼飞行的高机动性与滑翔飞行的低功耗性的特点，可大幅度提高微飞行器的持续飞行时间；

36、2.本发明中的滑翔模块受气动力作用具有自稳定的特点，且在优选方案中可采用主动变形控制，可实现微飞行器的稳定持续飞行与可控滑翔，大大提升了微飞行器的综合性能；

37、3.本发明在优选方案中通过球形四连杆传动机构连接仿生翼与扑翼机身，降低了在小尺寸下转动副接触摩擦带来的能量损耗与运动阻力，提高了连杆机构的灵活性与传动效率；

38、4.本发明中在优选方案中采用单尾双首结构的压电驱动器进行驱动，可实现对两个仿生翼的单独控制，实现了减少器件的情况下对扑翼系统的力矩控制，降低了系统的重量与开发成本；

39、5.发明中的微飞行器具有具有体积小、灵活性高、噪音小、隐蔽性好、可批量化、成本低以及可持续稳定飞行等特点，在隐蔽侦察和抢险救灾等方面具有颠覆性的应用潜力。

技术特征：

1.一种扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，包括滑翔模块和扑翼模块；

2.根据权利要求1所述的扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，所述滑翔展翼包括滑翔支撑骨架与滑翔翼膜；

3.根据权利要求2所述的扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，所述滑翔展翼还包括变形驱动器，所述变形驱动器附着于所述滑翔翼膜上，以驱动所述滑翔翼膜变形。

4.根据权利要求3所述的扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，所述变形驱动器的数量为三个；

5.根据权利要求1至4任一项所述的扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，所述扑翼模块还包括压电驱动器与两个球形四连杆传动机构；

6.根据权利要求5所述的扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，所述球形四连杆传动机构包括第一刚性板、第二刚性板、第三刚性板与第四刚性板，所述第一刚性板、所述第二刚性板、所述第四刚性板均为平面板，所述第三刚性板为u型板；

7.根据权利要求6所述的扑翼-滑翔复合式微飞行器，其特征在于，所述压电驱动器包括尾端连接块、第一首端连接块、第二首端连接块、第一变形块与第二变形块；

8.一种权利要求7所述扑翼-滑翔复合式微飞行器的可控滑翔控制方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的可控滑翔控制方法，其特征在于，所述调节扑翼模块的输出力与力矩包括：

10.根据权利要求8所述的可控滑翔控制方法，其特征在于，所述调节滑翔模块的形状包括：

技术总结本发明公开了一种扑翼‑滑翔复合式微飞行器及其可控滑翔控制方法，该微飞行器包括滑翔模块和扑翼模块；所述滑翔模块包括滑翔展翼和垂直尾翼，所述垂直尾翼设在所述滑翔展翼顶部中线靠后的位置，且所述垂直尾翼垂直于所述滑翔展翼；所述扑翼模块包括扑翼机身以及两个仿生翼，所述扑翼机身设在所述滑翔展翼顶部中线靠前的位置，两所述仿生翼对称设在所述扑翼机身的两侧。本发明应用于微飞行器领域，采用扑翼‑滑翔复合式结构，兼具了扑翼飞行的高机动性与滑翔飞行的低功耗性的特点，可实现毫克级重量下的微飞行器灵活运动与持续自稳定飞行，通过对系统进行运动控制，还可实现微飞行器的可控滑翔飞行。技术研发人员：吴宇列,肖定邦,吴学忠,路翔,陈杰,陈洋受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20