一种分段扭转式扑翼结构

技术领域

本发明涉及仿生结构技术领域，具体涉及一种分段扭转式扑翼结构。

背景技术

微型扑翼飞行器的机翼在扑动时，沿展向的线速度是不同的，从翼根到翼尖的扑动线速度逐渐增大，如图1所示。根据图1的可知，扑翼飞行器在飞行时，如果飞行速度为(V飞行)，由于机翼在上下扑动(速度为V扑动)，实际在机翼某个截面处机翼相对气流的速度为飞行速度与机翼扑动速度的合成，为(V气流相对速度)。在不同机翼截面位置，气流相对速度的大小和角度都是不同的，如图2a和2b所示。这就造成从翼根到翼尖方向，机翼迎角逐渐加大，会降低气动效率。

发明内容

本发明的目的是：设计一种扑翼结构，能够可以使机翼在扑动过程中，随着扑动速度的变化扭转角也沿翼展方向逐渐变化，使机翼的迎角基本一致。从而提高气动效率。

本发明的技术方案是：

提供一种分段扭转式扑翼结构，包括分段机翼、弹性梁和主轴；所述主轴的刚度大于弹性梁的刚度；

所述分段机翼包括沿翼展方向排布的多个机翼段，每个机翼段之间相互独立；

所述主轴为承力梁，每个机翼段均可转动的设置在所述主轴上；所述弹性梁沿着机翼的翼展向设置，且所述弹性梁分别与每个机翼段联接，并为每个机翼段提供弹性支撑力；当机翼受到气动力作用时，翼段会克服弹性梁的弹性支撑力，以所述主轴为转动轴发生转动，所述弹性梁为转动的机翼段提供弹性复位力。

进一步的，所述弹性梁为扭杆，且所述弹性梁将每个机翼段串联。

进一步的，所述主轴将所有机翼段串联，并且作为主承力梁和转轴。

进一步的，所述弹性梁的直径，从机翼根部向翼尖方向，逐渐变小。

进一步的，所述主轴与所述弹性梁平行设置。

进一步的，所述弹性梁与每一段机翼通过铰链相连，弹性梁的挠度从机翼根部向翼尖方向逐渐变大。以控制相对应翼段的扭转角度，在机翼外段，弹性梁的挠度大，因而机翼扭转角也大；内段机翼对应的弹性梁的挠度小，机翼扭转角也较小，如图6所示。

进一步的，各机翼段与相邻机翼段之间为滑动配合。

进一步的，所述主轴为承力梁。优选地，所述主轴为刚性梁。

进一步的，各机翼段与相邻机翼段的滑动配合面之间形成密封配合。

进一步的，各机翼段与相邻机翼段的滑动配合面上有密封材料。

本技术方案中，弹性梁的变形是由气动力驱动的，因此机翼下扑过程中，弹性梁向下弯曲，实现机翼的负扭转(图7)，获得更高的气动效率；而在上扑过程中，又可以使机翼正扭转(图8)，减小升力损失，提高气动效率。还能够通过设计弹性梁的刚度或挠度，可以控制机翼扭转的规律。

本发明的优点是：本发明的扑翼结构获得了更好的气动效率，使机翼在扑动过程中，能够随着扑动速度的变化扭转角也沿翼展方向逐渐变化，使机翼的迎角基本一致。另外，本发明的结构简单，满足轻量化需求。

附图说明

图1是现有技术中扑翼扑动时机翼展向的速度分布示意图；

图2a是现有技术中外段扑翼截面气流速度合成示意图；

图2b是现有技术中内段扑翼截面气流速度合成示意图；

图3是扑翼结构俯视图；

图4是扑翼结构示意图；

图5是扑翼向下扑动弹性梁的变形示意图；

图6a是外段扑翼扭转后侧视图；

图6b是内段扑翼扭转后侧视图；

图7是扑翼向下扑动时的沿展向扭转分布图；

图8是扑翼向上扑动时的沿展向扭转分布图；

其中：1－主轴、2－弹簧梁、3－机翼段。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

实施例1，提供一种分段扭转式扑翼结构，包括分段机翼、弹性梁和主轴；

所述分段机翼包括沿翼展方向排布的多个机翼段，每个机翼段之间相互独立；

每个机翼段均可转动的设置在所述主轴上；所述弹性梁沿着机翼的翼展向设置，且所述弹性梁分别与每个机翼段联接，并为每个机翼段提供弹性支撑力；当机翼受到气动力作用时，翼段会克服弹性梁的弹性支撑力，以所述主轴为转动轴发生转动，所述弹性梁为转动的机翼段提供弹性复位力。

所述弹性梁为扭杆，且所述弹性梁将每个机翼段串联，且所述扭杆的外端与翼尖的机翼段固定连接。

所述主轴将所有机翼段串联，并且作为主承力梁和转轴。且所述主轴的外端插入到翼尖的机翼段内。

所述主轴与所述弹性梁平行设置。

所述弹性梁与每一段机翼通过铰链相连，弹性梁的挠度从机翼根部向翼尖方向逐渐变大。以控制相对应翼段的扭转角度，在机翼外段，弹性梁的挠度大，因而机翼扭转角也大；内段机翼对应的弹性梁的挠度小，机翼扭转角也较小，如图6所示。

各机翼段与相邻机翼段之间为滑动配合。

实施例2，提供一种分段扭转式扑翼结构，包括分段机翼、弹性梁和主轴；

所述分段机翼包括沿翼展方向排布的多个机翼段，每个机翼段之间相互独立；

每个机翼段均可转动的设置在所述主轴上；所述弹性梁沿着机翼的翼展向设置，且所述弹性梁分别与每个机翼段联接，并为每个机翼段提供弹性支撑力；当机翼受到气动力作用时，翼段会克服弹性梁的弹性支撑力，以所述主轴为转动轴发生转动，所述弹性梁为转动的机翼段提供弹性复位力。

所述弹性梁为扭杆，且所述弹性梁将每个机翼段串联，且所述扭杆的外端与翼尖的机翼段固定连接。

所述主轴将所有机翼段串联，并且作为主承力梁和转轴。且每个机翼段在所述主轴上轴向限位。

所述主轴与所述弹性梁平行设置。

所述弹性梁与每一段机翼通过铰链相连，弹性梁的挠度从机翼根部向翼尖方向逐渐变大。以控制相对应翼段的扭转角度，在机翼外段，弹性梁的挠度大，因而机翼扭转角也大；内段机翼对应的弹性梁的挠度小，机翼扭转角也较小，如图6所示。

各机翼段与相邻机翼段之间为滑动配合。各机翼段与相邻机翼段的滑动配合面之间形成密封配合。