具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构。

背景技术

扑翼飞行器是一种模仿鸟类、昆虫和蝙蝠等飞行生物的新型飞行器。与传统的固定翼、旋翼等飞行器相比，仿生扑翼飞行器具有重量轻、成本低、操作简单、隐蔽性好、噪音低、携带方便、功能多样等优点，已成为世界各国发展的对象。

在军事领域，扑翼飞行器可用于小空间搜救、情报传递、低空侦察和战场风险评估。在民用领域，扑翼飞行器可用于监测交通路况与自然灾害地区、搜寻事故发生地幸存者。

现阶段的扑翼飞行器普遍面临飞行时间和有效负载不足等问题，严重限制其在军事和民用领域的应用。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构，以解决扑翼机构的飞行时间和有效负载不足。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构，包括头部、机身、尾部，机身两侧均设有机翼组件，机翼组件均由内段机翼、多个中段机翼、外段机翼组成，内段机翼通过连接件与机身内部的驱动机构连接，内段机翼、中段机翼、外段机翼之间均通过弹性片组连接，内段机翼、中段机翼、外段机翼均由充气气囊模块构成，机身内部有气囊腔体。

进一步地，机身在纵向上设有三个不连通的气囊腔体，三个气囊腔体分别位于机身的前部、中部和后部，三个气囊腔体内各设有一个机身气囊；机身上设有三个机身气阀，三个机身气阀分别和三个机身气囊一一连接。

进一步地，内段机翼、中段机翼、外段机翼之间的靠近头部的弹性片的弹性小于靠近尾部的弹性片的弹性，靠近机身的弹性片的弹性大于远离机身的弹性片的弹性。

进一步地，机身纵向中截面对称。

进一步地，所述充气气囊模块包括机翼气囊和机翼气阀，机翼气囊、机身气囊内充入轻质气体。

本发明的有益效果为：本发明结构简单、容易制作，充气式的机翼和机身可以实现大尺度结构的轻量化，具备较高的空气动力学效率，并提供一定的升力，能有效提高扑翼机构的飞行时间和有效负载。

附图说明

图1是本发明实施例的具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构一个角度的立体结构图。

图2是本发明实施例的具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构另一个角度的立体结构图。

附图标号说明

外段机翼1，外中段机翼2，内中段机翼3，内段机翼4，连接件5，机身6，头部7，机身气阀8，弹性片组9，机翼气阀10，机翼组件11，尾部12，中段机翼13。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1～图2，本发明实施例的具有多段柔性机翼的充气式扑翼机构包括头部、机身、尾部以及两侧的机翼组件。

单侧机翼组件主要由内段机翼、中段机翼、外段机翼组成。各段机翼通过弹性片组进行固定连接。两侧机翼组件在扑翼机构扑动飞行时会产生柔性变形，从而提高空气动力学效率和飞行时间。内段机翼、中段机翼、外段机翼的前侧厚度大于后侧，厚度由前往后逐步变薄。中段机翼有多个，包括外中段机翼、内中段机翼等。

内段机翼通过连接件与机身（机身中的扑动机构）固定连接，从而实现机翼的扑动。内段机翼、中段机翼、外段机翼之间的弹性片的数量、安装角度、弹性不完全一致，靠近头部的弹性片的弹性小于靠近尾部的弹性片的弹性，靠近机身的弹性片的弹性大于远离机身的弹性片的弹性，由此形成一个具有柔性的机翼总成，具有较高的空气动力学效率。通过弹性片组的特定装配方式及各弹性片的不同弹性使机翼组件在扑动过程中实现理想的柔性折展变形。

机翼气囊与机翼气阀固定连接，各段机翼与对应的机翼上的机翼气阀通过螺纹连接。机身气囊与机身气阀固定连接，机身气阀与机身通过螺纹连接。本发明通过充入轻质气体以实现减轻扑翼重量、提升有效荷载能力的目的。

机身中有纵向布置的三个腔体，三个不连通的腔体分别位于机身的前部、中部和后部，三个腔体的大小可以相同，也可以不同。3个机身气囊分别放置在三个腔体中。内段机翼、多个中段机翼、外段机翼中均有一个腔体，腔体内各设置一个机翼气囊。通过机翼气阀分别往内段机翼、多个中段机翼、外段机翼的机翼气囊中充入适量的轻质气体，机翼气囊变大并逐渐填满腔体，从而分别为内段机翼、中段机翼、外段机翼提供一定的升力，从而减少扑翼机构的功率消耗，提升飞行时间。本发明的多段柔性机翼可以较好地模拟真实飞行生物扑翼飞行时翅膀的动态变形，从而具有较高的空气动力学效率。

通过机身气阀分别往3个机身气囊中充入适量的轻质气体（如氦气），机身气囊变大并逐渐填满机身中纵向布置的三个腔体，从而分别为机身的前部、中部和后部提供一定的升力，从而减少扑翼机构的功率消耗，提升飞行时间。当各机身气囊中充入不同体积的轻质气体时，为机身的前部、中部、后部提供不同的升力，可以调整扑翼机构的俯仰力矩。

本发明的充气式的机翼和机身可以满足扑翼机构所需的刚度和强度，能够替代传统的刚性骨架结构，容易实现大尺度结构的轻量化，并提供一定的升力，减少能源系统的消耗。