阅读说明：本技术 一种微型多扑翼飞行器 (Miniature multi-flapping-wing aircraft ) 是由 周超 谷满仓 吴江浩 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种微型多扑翼飞行器。该微型多扑翼飞行器是一种六扑翼布局形式,由机体和三对扑翼组成,其三对扑翼左右对称、呈阶梯状布置在机体两侧,后方的各对扑翼在竖直方向上依次低于前方紧邻的一对扑翼。该飞行器三对扑翼均水平拍动,且同侧扑翼拍动方向相同,拍动时两侧扑翼同时靠近或同时远离机体中轴线,以产生升力和推力。本发明一种微型多扑翼飞行器,有效利用多翼间及翼身间的打开合拢效应以及前后翼之间的尾迹干扰机制,解决了传统扑翼飞行器升力不足和气动效率较低的问题。(The invention discloses a miniature multi-flapping-wing aircraft. The miniature multi-flapping wing aircraft is in a six-flapping wing layout form and comprises an aircraft body and three pairs of flapping wings, wherein the three pairs of flapping wings are bilaterally symmetrical and are arranged on two sides of the aircraft body in a step shape, and each pair of rear flapping wings are sequentially lower than one pair of adjacent front flapping wings in the vertical direction. The three pairs of flapping wings of the aircraft are all flapped horizontally, the flapping directions of the flapping wings on the same side are the same, and the flapping wings on the two sides are close to or far away from the central axis of the aircraft body simultaneously during flapping so as to generate lift force and thrust. The miniature multi-flapping-wing aircraft effectively utilizes the opening and closing effect among multiple wings and between wing bodies and a wake interference mechanism between the front wing and the rear wing, and solves the problems of insufficient lift force and low aerodynamic efficiency of the traditional flapping-wing aircraft.)

一种微型多扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及微型飞行器领域，具体来说，是一种微型多扑翼飞行器设计。

背景技术

自二十世纪九十年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的大幅进步，微型飞行器被提出并快速发展。微型飞行器由于具有体积小、重量轻和机动性强等特征，在国家安全和国民经济建设方面具有广泛的应用前景，适用于复杂环境下的侦查、勘探和协助救援等工作。

同时，随着人们对自然生物飞行的不断探索，仿生学设计被越来越多的应用于微型飞行器领域，开始出现模仿昆虫飞行的扑翼微型飞行器。现有扑翼飞行器布局形式模仿昆虫，但大多数不能和昆虫一样的气动效率，因此大多不能支持自身实现灵活机动飞行和具有较大负载。如何能有效提高扑翼飞行器的升力对于其未来的实用化有这关键性意义。

过去仿生扑翼微型飞行器通常仅有一对翼，只利用了拍动的非定常延迟失速机制，如果能够在此基础上增加扑翼数量并因此融合利用多扑翼之间的尾迹干扰效应和打开合拢效应则可显著的提升微型多扑翼飞行器的气动性能。

发明内容

本发明针对现有微型扑翼的气动效率不足的问题，提出一种微型多扑翼飞行器设计，以期通过多翼间以及翼身之间的打开合拢效应、前后翼间的尾迹干扰机制改善微小型飞行器升力不足和气动效率低的问题。

本发明一种微型多扑翼飞行器，是一种六扑翼布局形式，由机体和三对扑翼组成。

所述机体采用光敏树脂等材料通过3D打印整体成型，为左右对称结构，内部设有空腔，用于布置拍动驱动系统和控制系统。拍动驱动系统包括电机、齿轮减速机构和连杆机构。电机固定在机体内部，通过齿轮减速机构驱动连杆机构运动，进而带动扑翼拍动。控制系统包括控制电路和远程接收模块。控制系统接受遥控信号，改变电机及扑翼的运动状态，进而实现对飞行器运动的控制。

第一扑翼、第二扑翼、第三扑翼位于所述机体右侧，第四扑翼、第五扑翼、第六扑翼分别与所述第一扑翼、所述第二扑翼、所述第三扑翼关于所述机体的轴线呈左右对称，布置在所述机体左侧；所述第一扑翼、所述第四扑翼位于所述机体最前端，所述第二扑翼、所述第五扑翼位于所述机体中间，所述第三扑翼、所述第六扑翼位于所述机体最后端。

所述六个扑翼均水平拍动，左侧三个所述扑翼同时前拍时，右侧三个所述扑翼也同步向前拍动，左侧三个所述扑翼同时后拍时，右侧三个所述扑翼也同步向后拍动，以产生升力和推力。

所述三对扑翼呈阶梯状、水平等间距布置在所述机体两侧，后方扑翼在竖直方向上依次低于前方紧邻的一对扑翼，所述第一扑翼和所述第四扑翼的竖直高度最高，所述第二扑翼和所述第五扑翼次高，所述第三扑翼和所述第六扑翼的竖直高度最低，以在所述微型多扑翼飞行器前飞时后方扑翼能够利用前方扑翼的尾迹干扰效应高效率的产生高气动力和气动效率。

一种微型多扑翼飞行器前飞时，在前拍至结束位置时，所述第一扑翼和所述第四扑翼贴合在一起，所述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第三扑翼、所述第六扑翼分别贴合在机体侧面上；随着后拍过程进行，所述第一扑翼和所述第四扑翼快速打开向后运动，所述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第三扑翼、所述第六扑翼迅速脱离机体表面，完成合拢-打开过程，三对翼的快速打开合拢运动利用了非定常“打开/合拢”效应，这会显著增强气动力产生。同样的，在后拍至最终位置时，最后方的所述第三扑翼、所述第六扑翼贴合在一起，中间及最前方的所述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第一扑翼和所述第四扑翼贴合在机体侧面上，随着转入前拍过程，最后方所述第三扑翼、所述第六扑翼快速打开，中间及最前方的所述第二扑翼、所述第五扑翼、所述第一扑翼和所述第四扑翼迅速脱离机体侧面，三对翼的快速打开合拢运动又一次利用了非定常“打开/合拢”效应，又一次增强了气动力产生。

“打开/合拢”运动多见于自然界中的微小型昆虫，昆虫在每一次下拍前，两翅会在背部“合拢”，然后快速“打开”，针对该过程的理论分析和实验表明，当翼快速打开合拢时能够产生较高的瞬时升力。针对微型扑翼飞行器双翼打开合拢的实验测量也表明，当引入一次打开合拢运动后，微型扑翼飞行器的升力将有10％左右的增长。自然界中的昆虫仅有一对翼，仅在下拍前进行一次打开合拢，而本发明前后翼分别进行两次打开合拢，中间翼也能够利用与机体侧面之间的关系构造新的打开合拢运动，这些都最大化的应用了该效应提升飞行器的高升力和气动效率。

除此之外，在本发明微型多扑翼飞行器前飞时阶梯状布置的三对扑翼，前方翼拍动形成的尾迹在前飞时会向斜后方运动，该尾迹能够增强其后方扑翼运动时迎面的来流速度，后方扑翼可从前方扑翼的尾迹中获得更多动能，这也会带来后方扑翼高气动力的产生，提升了飞行器整体的气动性能。

本发明一种微型多扑翼飞行器，巧妙的应用了打开合拢效应和尾迹干扰机制，其优点在于：

1)本发明一种多扑翼微小型飞行器，综合利用打开合拢效应和尾迹干扰机制，是一种新颖的布局设计。

2)本发明一种多扑翼微小型飞行器，利用打开合拢效应和尾迹干扰机制，改善了传统扑翼飞行器升力不足和气动效率较低的问题。

3)本发明一种多扑翼微小型飞行器，结构设计简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明微型多扑翼飞行器布局形式。

图2本发明微型多扑翼飞行器右视图。

图3为本发明微型多扑翼飞行器扑翼进行至上拍结束时刻时布局。

图4为本发明微型多扑翼飞行器扑翼进行至下拍结束时刻时布局。

图5为本发明扑翼结构。

图中：

1-第一扑翼 2-第四扑翼 3-第二扑翼 4-第五扑翼 5-第三扑翼

6-第六扑翼 7-机体 101-辅梁 102-主梁 103-翼膜

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法进行详细说明。

如图1所示，本发明一种微型多扑翼飞行器，包括机体7，拍动驱动系统，控制系统和第一扑翼1、第二扑翼3、第三扑翼5、第四扑翼2、第五扑翼4、第六扑翼6。

机体7整体成型，为左右对称结构，内含空腔，用于布置拍动驱动系统和控制系统。

拍动驱动系统包括电机、齿轮减速机构和连杆机构。电机固定在机体内部，通过齿轮减速机构驱动连杆机构运动，进而带动扑翼拍动。

控制系统包括控制电路和远程接收模块。控制系统接受遥控信号，改变电机及扑翼的运动状态，进而实现对飞行器运动的控制。

如图5所示，第一扑翼1、第二扑翼3、第三扑翼5、第四扑翼2、第五扑翼4、第六扑翼6均包括主梁102、辅梁101和翼膜103，扑翼经主梁102与拍动驱动机构相连。第一扑翼1、第二扑翼3、第三扑翼5、第四扑翼2、第五扑翼4、第六扑翼6均在驱动机构的驱动下往复拍动，提供飞行器所需的升力。

如图1所示，第一扑翼1、第二扑翼3、第三扑翼5、第四扑翼2、第五扑翼4、第六扑翼6均在水平平面内拍动，第一扑翼1、第二扑翼3、第三扑翼5位于机体7右侧，第四扑翼2、第五扑翼4、第六扑翼6位于机体7左侧，左侧三个扑翼同时前拍动时，右侧三个扑翼也均向前拍动，左侧三个扑翼同后拍动时，右侧三个扑翼也均向后拍动。如图2所示，多对扑翼呈阶梯状布置，后方的各对扑翼在竖直方向的位置依次低于前方扑翼，第一扑翼1、第四扑翼2竖直高度最高，第二扑翼3、第五扑翼4其次，第三扑翼5和第六扑翼6竖直高度最低。

本发明一种微型多扑翼飞行器，在一个完整的拍动过程中，具体利用打开合拢效应和尾迹干扰机制的过程如下：

电机输出高速转动，经齿轮减速机构减速，通过四连杆机构带动第一扑翼1、第二扑翼3、第三扑翼5、第四扑翼2、第五扑翼4、第六扑翼6拍动。图1为本发明微型多扑翼飞行器前拍示意图，后拍过程与此相反。

在扑翼前拍过程中，第一扑翼1、第四扑翼2拍动产生的前缘涡、后缘涡以及翼尖涡脱落到尾迹中。悬停状态下水平扑翼的尾迹向下方运动，但飞行器前飞时，该尾迹叠加前飞来流速度后将向斜后方运动，相当于尾迹增强了来流速度，该合气流与后方第二扑翼3、第五扑翼4相遇后，速度增强的气流流经后方第二扑翼3、第五扑翼4后可使第二扑翼3、第五扑翼4相比未利用尾迹的状态其产生的气动力增强。类似地，第二扑翼3、第五扑翼4的尾迹也能增强第三扑翼5和第六扑翼6的气动力产生。

在前拍至最终位置时(如图3所示)，最前方的第一扑翼1、第四扑翼2合拢到一起，其余第二扑翼3、第五扑翼4、第三扑翼5和第六扑翼6也分别贴合在机体侧面上，之后随着前拍转后拍，最前方的第一扑翼1、第四扑翼2快速打开，其余第二扑翼3、第五扑翼4、第三扑翼5和第六扑翼6也快速脱离机体，这种双翼贴合后快速打开、翼贴合机体侧面后快速打开运动，形成局部的“打开/合拢”效应，在这一过程中气动力能够得到有效的增强。

后拍过程与前拍过程类似，仍然是后方翼利用前方翼的尾迹增强气动力产生。至后拍至最后位置时(图4)，最后方第三扑翼5和第六扑翼6贴合后快速打开，其余第二扑翼3、第五扑翼4、第一扑翼1和第四扑翼2贴合在机体表面后快速打开又一次利用打开合拢效应增强气动力产生。

这样扑翼完成整个拍动周期运动，形成完整的“前拍—前拍转后排—后拍—后拍转前拍”拍动循环，在这些过程分别利用“尾迹干扰——打开/合拢——尾迹干扰—打开/合拢”等机制，这都显著提高了微型多扑翼飞行器气动力和气动效率。