一种多翼扑翼式仿生无人飞行器

本发明属于飞行器，具体地说，涉及一种多翼扑翼式仿生无人飞行器。

背景技术：

1、自二十世纪90年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的显著进步，微型飞行器应运而生并迅速发展。同时，随着人们对自然生物飞行的深入探索，仿生学设计在微型飞行器领域得到了广泛应用，催生了模仿生物飞行的扑翼微型飞行器。尽管现有大多数扑翼飞行器在布局形式上模仿生物翅膀，但其升力效率与机动性能普遍低于生物翅膀。因此，如何研制高气动效率、高机动性扑翼飞行器众多研究机构研究的热点问题之一，现有扑翼微型飞行器的机构设计，多数采用单对扑翼提供升力和控制力矩，且控制方式相对简单。

2、有鉴于此特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种多翼扑翼式仿生无人飞行器。

2、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

3、一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，包括：机身、机翼、尾翼和驱动系统，驱动系统包括扑动机构、攻角调节机构和尾翼变形机构；

4、机翼包括第一扑翼、第二扑翼、第三扑翼、第四扑翼、第五扑翼、第六扑翼、第七扑翼和第八扑翼，其中第一扑翼、第三扑翼、第五扑翼、第七扑翼与第二扑翼、第四扑翼、第六扑翼、第八扑翼呈对称布置，四对扑翼的翼根在水平方向上呈阶梯状排列。

5、可选的，攻角调节机构包括攻角舵机、主杆轴承、轴承座、第一夹板、第二夹板、翼面和副杆，第一夹板和第二夹板对称分布设置在攻角舵机的两侧，攻角舵机和轴承座安装在第一夹板和第二夹板之间，两个轴承装设在轴承座的两侧且靠近其中心处，机翼的主杆穿设在轴承内且近端装设在攻角舵机输出端的舵盘上。

6、可选的，扑动机构包括机体架、扑动舵机、主动齿轮、从动齿轮、保持架、从动轴、第一摇臂和第二摇臂，扑动舵机设置在机体架背面的纵向中心线上，主动齿轮装设在扑动舵机的输出端上，保持架安装在机体架的另一侧，从动轴装设在保持架的一侧，从动齿轮固定套装在从动轴的一端，主动齿轮与从动齿轮相啮合，主动齿轮与从动齿轮均为非完整圆齿轮，并且齿数和模数相同，第一摇臂装设在从动齿轮的齿面上，第二摇臂装设在主动齿轮的齿面上。

7、可选的，第一扑翼、第二扑翼、第三扑翼、第四扑翼、第五扑翼、第六扑翼、第七扑翼和第八扑翼均包括主杆、副杆和翼面。

8、可选的，尾翼变形机构包括固定板、俯仰舵机、俯仰舵机座、偏航舵机、偏航舵机座、第一折叠舵机、第二折叠舵机、尾翼支撑板、仿尾羽轴、仿生羽片、折叠舵机臂和第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆，俯仰舵机座与固定板固接连接，偏航舵机座与转轴固接连接，拉杆的一端与俯仰舵机的舵机臂铰接，拉杆的另一端与支撑连杆铰接，支撑连杆通过定位销固定在转轴上，尾翼支撑板上设置有第一托架、第二托架、第三托架、第四托架、第五托架和第六托架，第六托架装设在尾翼支撑板的中部，第一托架、第二托架、第三托架、第四托架、第五托架与尾翼支撑板相铰接，第一托架、第二托架、第三托架、第四托架、第五托架和第六托架的末端均设置有套管，套管的一端设置有尾羽，尾羽包括仿生羽轴和仿生羽片，仿生羽轴通过套管与对应的托架相连接。

9、可选的，第一连杆的近端与第一折叠舵机的舵臂铰接，第一连杆的远端与第一托架铰接，第二连杆的近端与第一托架铰接，远端与第二托架铰接，第三连杆的近端与第二托架铰接，远端与第三托架铰接，第四连杆的近端与第三托架铰接，远端与第四托架铰接，第五连杆的近端与第四托架铰接，远端与第五托架铰接。

10、采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果，当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以下所述的所有优点：

11、1、该仿生无人飞行器提出了一种新颖的仿生布局设计，其后方扑翼能够有效利用前方扑翼拍动产生的翼尖涡，从而增大升力并提高气动效率，有效改善了传统扑翼飞行器升力不足和气动效率较低的问题。

12、2、该仿生无人飞行器的扑动机构结构紧凑、重量轻，且具有高可靠性和易维护性。

13、3、该仿生无人飞行器的攻角调节方法，能够对翼面进行高精度和快速的攻角调整，为扑翼无人飞行器实现多种飞行姿态和飞行模式提供了可能性。

14、4、该仿生无人飞行器的尾翼具有四自由度，能够实现尾翼俯仰、偏航和折展的刚性解耦，从而提高了系统的可靠性、稳定性和精准性。

15、5、该仿生无人飞行器通过增加扑翼数量并合理布置多对扑翼的位置，可以显著提升扑翼飞行器的气动性能。同时，通过设计多自由度尾翼，可进一步提高飞行器的机动性。

16、下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，包括：机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)和驱动系统(4)，驱动系统(4)包括扑动机构(5)、攻角调节机构(6)和尾翼变形机构(7)；

2.根据权利要求1所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，攻角调节机构(6)包括攻角舵机(6-1)、主杆(6-3)轴承(6-4)、轴承座(6-5)、第一夹板(6-2)、第二夹板(6-6)、翼面(6-7)和副杆(6-8)，第一夹板(6-2)和第二夹板(6-6)对称分布设置在攻角舵机(6-1)的两侧，攻角舵机(6-1)和轴承座(6-5)安装在第一夹板(6-2)和第二夹板(6-6)之间，两个轴承(6-4)装设在轴承座(6-5)的两侧且靠近其中心处，机翼的主杆(6-3)穿设在轴承(6-4)内且近端装设在攻角舵机(6-1)输出端的舵盘上。

3.根据权利要求1所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，扑动机构(5)包括机体架(5-8)、扑动舵机(5-1)、主动齿轮(5-3)、从动齿轮(5-6)、保持架(5-2)、从动轴(5-7)、第一摇臂(5-5)和第二摇臂(5-4)，扑动舵机(5-1)设置在机体架(5-8)背面的纵向中心线上，主动齿轮(5-3)装设在扑动舵机(5-1)的输出端上。

4.根据权利要求1所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，保持架(5-2)安装在机体架(5-8)的另一侧，从动轴(5-7)装设在保持架(5-2)的一侧，从动齿轮(5-6)固定套装在从动轴(5-7)的一端，主动齿轮(5-3)与从动齿轮(5-6)相啮合，主动齿轮(5-3)与从动齿轮(5-6)均为非完整圆齿轮，并且齿数和模数相同，第一摇臂(5-5)装设在从动齿轮(5-6)的齿面上，第二摇臂(5-4)装设在主动齿轮(5-3)的齿面上。

5.根据权利要求1所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，第一扑翼(2-1)、第二扑翼(2-8)、第三扑翼(2-2)、第四扑翼(2-7)、第五扑翼(2-3)、第六扑翼(2-6)、第七扑翼(2-4)和第八扑翼(2-5)均包括主杆(6-3)、副杆(6-8)和翼面(6-7)。

6.根据权利要求1所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，尾翼变形机构(7)包括固定板(3-27)、俯仰舵机(3-23)、俯仰舵机座(3-12)、偏航舵机(3-24)、偏航舵机座(3-25)、第一折叠舵机(3-18)、第二折叠舵机(3-19)、尾翼支撑板(3-8)、仿尾羽轴(3-21)、仿生羽片(3-26)、折叠舵机臂(3-13)和第一连杆(3-9)、第二连杆(3-14)、第三连杆(3-15)、第四连杆(3-16)、第五连杆(3-17)。

7.根据权利要求6所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，俯仰舵机座(3-12)与固定板(3-27)固接连接，偏航舵机座(3-25)与转轴(3-22)固接连接，拉杆(3-11)的一端与俯仰舵机(3-23)的舵机臂铰接，拉杆(3-11)的另一端与支撑连杆(3-10)铰接，支撑连杆(3-10)通过定位销固定在转轴(3-22)上。

8.根据权利要求7所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，尾翼支撑板(3-8)上设置有第一托架(3-1)、第二托架(3-2)、第三托架(3-3)、第四托架(3-4)、第五托架(3-5)和第六托架(3-6)，第六托架(3-6)装设在尾翼支撑板(3-8)的中部，第一托架(3-1)、第二托架(3-2)、第三托架(3-3)、第四托架(3-4)、第五托架(3-5)与尾翼支撑板(3-8)相铰接，第一托架(3-1)、第二托架(3-2)、第三托架(3-3)、第四托架(3-4)、第五托架(3-5)和第六托架(3-6)的末端均设置有套管(3-7)。

9.根据权利要求8所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，第一连杆(3-9)的近端与第一折叠舵机(3-18)的舵臂铰接，第一连杆(3-9)的远端与第一托架(3-1)铰接，第二连杆(3-14)的近端与第一托架(3-1)铰接，远端与第二托架(3-2)铰接，第三连杆(3-15)的近端与第二托架(3-2)铰接，远端与第三托架(3-3)铰接，第四连杆(3-16)的近端与第三托架(3-3)铰接，远端与第四托架(3-4)铰接，第五连杆(3-17)的近端与第四托架(3-4)铰接，远端与第五托架(3-5)铰接。

10.根据权利要求9所述的一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，其特征在于，套管(3-7)的一端设置有尾羽，尾羽包括仿生羽轴(3-21)和仿生羽片(3-26)，仿生羽轴(3-21)通过套管(3-7)与对应的托架相连接。

技术总结本发明公开了一种多翼扑翼式仿生无人飞行器，涉及飞行器技术领域。本发明包括机身、机翼、尾翼和驱动系统，驱动系统包括扑动机构、攻角调节机构和尾翼变形机构。本发明通过增加扑翼数量并合理布置多对扑翼的位置，可以显著提升扑翼飞行器的气动性能。同时，通过设计多自由度尾翼，可进一步提高飞行器的机动性，其后方扑翼能够有效利用前方扑翼拍动产生的翼尖涡，从而增大升力并提高气动效率，有效改善了传统扑翼飞行器升力不足和气动效率较低的问题，扑动机构结构紧凑、重量轻，且具有高可靠性和易维护性，尾翼具有四自由度，能够实现尾翼俯仰、偏航和折展的刚性解耦，从而提高了系统的可靠性、稳定性和精准性。技术研发人员：赵景山,李京虎,魏松涛受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17