专利名称：一种微型扑旋翼飞行器的制作方法
技术领域：
本发明设计属于微型飞行器技术领域，特别涉及一种微型扑旋翼飞行器。
背景技术：
在申请号为200910079817. I的发明创造中，提出了一种扑旋翼设计方法及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器。该发明创造提出的微型扑旋翼飞行器的电磁驱动机构采用“W”形或“3W”形，将U形软铁并列在一起，中间夹入磁闭合铁片，外表面缠绕导线构成 “W”形。两片磁闭合铁片一端固定在两个U形软铁之间，铁片底端和连接轴胶接，另一端与扑翼根部用螺钉固接或胶接；两个弹簧分别固定在“W”形电磁铁两侧，弹簧两端分别胶接在外侧软铁柱上端与软铁片之间。这种“W”或“3W”形电磁驱动机构需在每个扑翼下面设置U形软铁片、磁闭合铁片及弹簧，造成机构重复，使质量成倍的增加；这种整个电磁驱动机构绕飞行器中心轴旋转，需要扑翼扑动产生的旋转推力大，减小了向上的升力。但是，该发明创造机构重复、电磁驱动机构绕飞行器中心轴旋转，存在所需扑翼扑动产生的旋转推力大、向上升力小的不足。
发明内容
为克服现有技术中存在的机构重复、电磁驱动机构绕飞行器中心轴旋转，扑翼扑动产生的旋转推力大、向上升力小的不足，本发明提出了一种微型扑旋翼飞行器。本发明包括电磁驱动器、作动套、弹簧、悬挂接头、扑翼、连杆、支撑平台、起落架、 控制器、机体壳、接收机、舵机；悬挂接头套装在机体纵向龙骨顶端；两个扑翼的连杆分别与悬挂接头外圆周上的连接耳片铰接；所述两个扑翼对称安装在悬挂接头上，并使两个扑翼的后缘方向相反；弹簧套装在机体纵向龙骨上，并位于悬挂接头下方；作动套套装在机体纵向龙骨上，并位于弹簧下方；连杆的一端通过铰链接头与扑翼连接，连杆的另一端通过铰链接头与作动套相连；电磁驱动器套装在机体纵向龙骨上，并位于作动套下方；所述控制面粘结在起落架的支臂上。机体壳的内径与支撑平台的外径相同；依次将外购的舵机、接收机、电池和控制器装入机体壳内；其中，舵机粘在机体壳的端盖上，接收机粘在舵机上面，接收机的输出信号数据线和舵机的输入信号数据线相连。电池粘在接收机上表面，电池与接收机的电源输入线相连。控制器粘在电池上表面；控制器的电源输入线与电池相连，该控制器输入信号数据线与接收机的输出信号数据线相连；控制器的2个电源接头分别通过导线与线圈的两端相连，使控制器与线圈之间形成回路，机体壳敞口端的内圆表面与支撑平台的外圆周表面粘接。各起落架的支臂分别装入机体壳下端圆周上的各通孔内，并与舵机的舵盘相连，并使两个差动控制面相互对称，使两个同步控制面相互对称，形成了差动控制面和同步控制面交替分布。所述的电磁驱动器包括线圈、永磁铁、铁磁体外壳和磁闭合片；永磁铁位于永磁体外壳内，该永磁铁的上端面粘贴在永磁体外壳上端板的下表面，并使永磁铁的内圆表面与永磁体外壳顶板中心孔的表面平齐；该永磁铁的下端面与磁闭合片的上表面接触；线圈套装在永磁铁的外表面，并将该线圈的下端固定在圆形的磁闭合铁片的上表面；磁闭合片的下表面粘贴在支撑平台上表面中心处；在所述磁闭合片上有线圈导线过孔，并且当磁闭合片与铁磁体外壳配合后，该线圈导线过孔的位置须位于铁磁体外壳内；所述的线圈、永磁铁、铁磁体外壳和磁闭合片同轴。所述支撑平台上有沿该支撑平台轴向贯通的线圈导线过孔，并且所述支撑平台上的线圈导线过孔与所述磁闭合铁片上有线圈导线过孔重合。所述悬挂接头的外圆周上对称的分布有一对顷斜的连接耳片；所述连接耳片宽度方向的中心线与悬挂接头的轴线之间的夹角为65° ;所述悬挂接头的内孔套装在机体纵向龙骨上。永磁体外壳上端的有端板；永磁体外壳的上端板与机体纵向龙骨之间间隙配合; 套装在永磁铁之上的线圈的外表面与永磁体外壳的内表面之间间隙配合；永磁铁与机体纵向龙骨之间间隙配合。所述控制面包括同步控制面和差动控制面，并且一对对称的起落架上的控制面的粘结方向相同，形成了两个同步控制面，另一对对称的起落架上的控制面的粘结方向相反， 形成了两个差动控制面。本发明中，当永磁铁的初始位置在最低的位置时，线圈在周期性交变电流的作用下，产生的磁场与永磁体相斥，推动永磁铁及相连的永磁体外壳向上运动，进而带动作动套及连杆向上运动，从而使与连杆相连的扑翼向上扑动。同时，弹簧压缩。线圈电流反向时， 在弹簧回复力、磁力及永磁体、永磁体外壳重力作用下，作动套、连杆、永磁铁、永磁体外壳向下运动，扑翼下扑。扑翼需设定一个初始迎角，在向下扑动时，由于翼面自身的柔性变形， 有效迎角在不断地变化，不但可以产生向上的升力，同时能产生向前的推力；由于两个扑翼对称反向安装，所产生推力方向相反，形成一对力偶，使扑翼、悬挂接头、连杆、作动套绕机体纵向龙骨转动。扑翼旋转速度的增加又会增加升力和推力，进而进一步提高扑翼的旋转速度和气动效能，使扑旋翼飞行器满足垂直起降和悬停的任务需求。通过控制同步控制面及差动控制面使飞行器前飞及转向。由于扑翼的旋转运动是由反对称安装的扑翼扑动产生的，没有扭转输入，所以不需要额外的尾浆及额外的能量来抵消旋转力矩。本发明中，由于磁铁无需绕飞行器中心轴转动，使扑翼绕机体纵向龙骨旋转所需的推力减小，进而提高了升力，并且结构简单、质量轻。
图I是微型扑旋翼飞行器结构示意图的侧视图2是微型扑旋翼飞行器结构示意图的俯视图3是扑翼的结构示意图4是电磁驱动器的结构示意图5是起落架的结构示意图。其中，
I.线圈 2.永磁铁 3.机体纵向龙骨4.铁磁体外壳5.作动套
6.弹簧 7.悬挂接头 8.扑翼9.连杆10.支撑平台
11.电池 12.起落架 13.磁闭合铁片14.控制器15.机体壳
16.控制面 17.支撑杆 18.接收机19.舵机20.同步控制面21.差动控制面
具体实施例方式下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明。如附图I所示。本实施例是一种微型扑旋翼飞行器，包括电磁驱动器、作动套5、弹簧6、悬挂接头7、扑翼8、连杆9、支撑平台10、电池11、起落架12、控制器14、机体壳15、控制面16、接收机18和舵机19。悬挂接头7套装在机体纵向龙骨3顶端；将两个扑翼8的连杆分别与悬挂接头7 外圆周上的连接耳片铰接；所述两个扑翼8对称安装在悬挂接头7上，其布局方式与直升机浆叶布局方式相同，并使两个扑翼8的后缘方向相反。将弹簧6套装在机体纵向龙骨3上， 并位于悬挂接头下方。将作动套5套装在机体纵向龙骨3上，并位于弹簧下方；连杆9的一端通过铰链接头与扑翼8连接，连杆9的另一端通过铰链接头与作动套相连。电磁驱动器套装在机体纵向龙骨3上，并位于作动套下方。如图4所示。所述的电磁驱动器包括线圈I、永磁铁2、铁磁体外壳4和磁闭合片 13。永磁铁2位于永磁体外壳4内，该永磁铁2的上端面粘贴在永磁体外壳4上端板的下表面，并使永磁铁2的内圆表面与永磁体外壳4顶板中心孔的表面平齐；该永磁铁2的下端面与磁闭合片13的上表面接触。线圈I套装在永磁铁2的外表面，并将该线圈I的下端固定在圆形的磁闭合铁片13的上表面。磁闭合片13的下表面粘贴在支撑平台10上表面中心处。在所述磁闭合片13上有线圈导线过孔，并且当磁闭合片13与铁磁体外壳4配合后， 该线圈导线过孔的位置须位于铁磁体外壳4内。所述的线圈I、永磁铁2、铁磁体外壳4和磁闭合片13同轴。所述的永磁铁2为中空回转体。永磁铁2的内径与机体纵向龙骨3的外径相同， 并且当电磁驱动器套装在机体纵向龙骨3上后，永磁铁2与机体纵向龙骨3之间间隙配合。永磁体外壳4为用铁制作的圆形壳体。永磁体外壳4的上端有端板，并且该端板中心有机体纵向龙骨3的安装孔，当电磁驱动器套装在机体纵向龙骨3上后，永磁体外壳4 的上端板与机体纵向龙骨3之间间隙配合。永磁体外壳4的下端为敞口。永磁体外壳4的内径大于线圈I的外径，使套装在永磁铁2之上的线圈I的外表面与永磁体外壳4的内表面之间有间隙，以2 5mm为宜。本实施例中，线圈I的外径为20mm,永磁体外壳4的内径为 26mm。支撑平台10采用碳纤维复合材料制成。该支撑平台10的直径为50mm，高度为 5mm。所述支撑平台10上有沿该支撑平台10轴向贯通的线圈导线过孔，并且所述支撑平台 10上的线圈导线过孔与所述磁闭合铁片13上有线圈导线过孔重合。机体纵向龙骨3选用碳纤维复合材料制成。机体纵向龙骨的直径为5mm。在该机体纵向龙骨3的顶端有径向凸出的平台，用于悬挂接头7的轴向定位。悬挂接头7采用塑料制成。所述的悬挂接头7为中空回转体，在该悬挂接头的外圆周上对称的分布有一对顷斜的连接耳片，用于将悬挂接头7与扑翼8铰接。所述连接耳片宽度方向的中心线与悬挂接头的轴线之间的夹角为65°。所述悬挂接头7的内孔套装在机体纵向龙骨3上。
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作动套5用塑料制成。作动套5的中心处有机体纵向龙骨3的过孔。在所述作动套5的上端面有两个对称分布的连接耳片，用于与连杆9铰接。如附图3所示。扑翼8由一根支撑杆17、四根加强筋及翼面组成。支撑杆17的一端端头处有一个铰链接头，通过该铰链接头将扑翼8与悬挂接头7连接。在支撑杆17中部的翼面根部有一个铰链接头，通过该铰链接头将连杆9与扑翼8连接。碳纤维复合材料制成的四根加强筋的一端均与支撑杆17相互垂直的固定连接；四个辅加强筋的间距为20mm。 各加强筋的长度分别与该加强筋所处位置翼面的弦向长度相同。翼面用聚氯乙烯薄膜制成，翼型为Eppler376,翼面的几何形状为直角梯形,翼根弦长40mm,翼稍弦长IOmm,半展长为60mm。翼面的直边固定在支撑杆17上，翼面的斜边构成了该扑翼的后缘。连杆9用直径为2mm的细铁丝制成。在该连杆9的两端分别有与扑翼8和作动套连接的铰链接头。如图5所示。4个起落架12用铁丝弯制而成，其形状同曲柄。在曲柄状的起落架 12中，长度最长的一段水平段形成了该起落架的支臂，与所述起落架支臂呈直角的垂直段形成了该起落架的支杆；与所述起落架支杆呈直角的一段水平段形成了该起落架的支脚。 本实施例中，起落架的支臂长60mm,起落架的支杆长25mm,起落架的支脚长10mm。在各起落架12的支臂与支杆形成的直角面内有控制面16。所述的控制面16用聚氯乙烯薄膜制成， 为长为40mm、宽为15mm的矩形。所述的控制面的一个长边粘结在起落架的支臂上。在粘结控制面时，一对对称的起落架上的控制面的粘结方向相同，形成了两个同步控制面20，另一对对称的起落架上的控制面的粘结方向相反，形成了两个差动控制面21，如图2所示。控制器14由交变信号产生电路、信号放大电路及遥控电路组成。交变信号产生电路用控制器14的电源输入线与电池11相连，经过交变信号产生电路产生交变信号，该信号送入信号放大电路，再经过输出极点与线圈I相连，遥控电路通过控制器14的输入信号数据线与接收机18相连，再与交变信号产生电路相连，可控制交变信号产生电路。控制器14 可输出频率为0-120HZ的交变信号。机体壳15为用塑料板制成的一端有端盖,另一端为敞口的圆形壳体。机体壳15的内径与支撑平台10的外径相同。机体壳15下端的圆周上均匀分布有四个通孔，用于安装起落架的支臂。依次将外购的舵机19、接收机18、电池11和控制器14装入机体壳15内； 其中，舵机19粘在机体壳15的端盖上，接收机18粘在舵机19上面，接收机18的输出信号数据线和舵机19的输入信号数据线相连。电池11粘在接收机18上表面，电池11与接收机18的电源输入线相连。控制器14粘在电池11上表面；控制器14的电源输入线与电池 11相连，该控制器14输入信号数据线与接收机18的输出信号数据线相连；控制器14的输出极点通过导线与线圈I的两端相连，使控制器14与线圈I之间形成回路。机体壳15敞口端的内圆表面与支撑平台10的外圆周表面粘接。四个起落架的支臂分别装入机体壳15 下端的圆周上的各通孔内，与舵机19的舵盘相连，并使粘结在起落架的支臂上的两个差动控制面21相互对称，使两个同步控制面20相互对称，形成了差动控制面21和同步控制面 20交替分布。本实施例中所采用的舵机19是D4S32 ;接收机18是IS_4R0(4CH);电池11是 671723HS25C。使用时，接通电池11，电流通过控制器14转换为所需的交流电，再通过线圈1，使永磁铁2和永磁体外壳4向上运动，从而带动作动套5及连杆9向上运动，进而带动扑翼8 上扑。当通过控制器14控制电流转换方向后，在线圈I对永磁铁2的吸力及弹簧6的回复力作用下，扑翼8下扑。本实施例中，扑翼8在设定的初始迎角下向下扑动时，由于翼面自身的柔性变形， 有效迎角在不断地变化，不但可以产生向上的升力，同时能产生向前的推力。由于两个扑翼对称反向安装，所产生推力方向相反，形成一对力偶，使扑翼8、悬挂接头7、连杆9、作动套5 绕机体纵向龙骨3转动。扑翼旋转速度的增加又会增加升力和推力，进而进一步提高扑翼的旋转速度和气动效能，使扑翼飞行器满足垂直起降和悬停的任务需求。扑翼旋转产生足够大的升力使飞行器飞行。利用舵机19偏转同步控制面20使飞行器倾斜一定角度，飞行器前飞；偏转差动控制面21使飞行器转向。控制器14产生的信号使交变频率变低，扑旋翼提供的升力降低，飞行器下降，起落架使飞行器安全降落。
权利要求
1.一种微型扑旋翼飞行器，其特征在于，包括电磁驱动器、作动套、弹簧、悬挂接头、扑翼、连杆、支撑平台、起落架、逆变器、机体壳、接收机、舵机；悬挂接头套装在机体纵向龙骨顶端；两个扑翼的连杆分别与悬挂接头外圆周上的连接耳片铰接；所述两个扑翼对称安装在悬挂接头上，并使两个扑翼的后缘方向相反；弹簧套装在机体纵向龙骨上，并位于悬挂接头下方；作动套套装在机体纵向龙骨上，并位于弹簧下方；连杆的一端通过铰链接头与扑翼连接，连杆的另一端通过铰链接头与作动套相连；电磁驱动器套装在机体纵向龙骨上，并位于作动套下方；所述控制面粘结在起落架的支臂上；机体壳的内径与支撑平台的外径相同；依次将外购的舵机、接收机、电池和逆变器装入机体壳内；其中，舵机粘在机体壳的端盖上，接收机粘在舵机上面，接收机的输出信号数据线和舵机的输入信号数据线相连；电池粘在接收机上表面，电池与接收机的电源输入线相连；逆变器粘在电池上表面；逆变器的电源输入线与电池相连，该逆变器输入信号数据线与接收机的输出信号数据线相连；逆变器的2个电源接头分别通过导线与线圈的两端相连，使逆变器与线圈之间形成回路，机体壳敞口端的内圆表面与支撑平台的外圆周表面粘接；各起落架的支臂分别装入机体壳下端圆周上的各通孔内，并与舵机的舵盘相连，并使两个差动控制面相互对称，使两个同步控制面相互对称，形成了差动控制面和同步控制面交替分布。
2.如权利要求I所述微型扑旋翼飞行器，其特征在于，所述的电磁驱动器包括线圈、永磁铁、铁磁体外壳和磁闭合片；永磁铁位于永磁体外壳内，该永磁铁的上端面粘贴在永磁体外壳上端板的下表面，并使永磁铁的内圆表面与永磁体外壳顶板中心孔的表面平齐；该永磁铁的下端面与磁闭合片的上表面接触；线圈套装在永磁铁的外表面，并将该线圈的下端固定在圆形的磁闭合铁片的上表面；磁闭合片的下表面粘贴在支撑平台上表面中心处；在所述磁闭合片上有线圈导线过孔，并且当磁闭合片与铁磁体外壳配合后，该线圈导线过孔的位置须位于铁磁体外壳内；所述的线圈、永磁铁、铁磁体外壳和磁闭合片同轴。
3.如权利要求I所述微型扑旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑平台上有沿该支撑平台轴向贯通的线圈导线过孔，并且所述支撑平台上的线圈导线过孔与所述磁闭合铁片上有线圈导线过孔重合。
4.如权利要求I所述微型扑旋翼飞行器，其特征在于，所述悬挂接头的外圆周上对称的分布有一对顷斜的连接耳片；所述连接耳片宽度方向的中心线与悬挂接头的轴线之间的夹角为65° ;所述悬挂接头的内孔套装在机体纵向龙骨上。
5.如权利要求2所述微型扑旋翼飞行器,其特征在于,永磁体外壳上端的有端板；永磁体外壳的上端板与机体纵向龙骨之间间隙配合；套装在永磁铁之上的线圈的外表面与永磁体外壳的内表面之间间隙配合；永磁铁与机体纵向龙骨之间间隙配合。
6.如权利要求2所述微型扑旋翼飞行器，其特征在于，所述控制面包括同步控制面和差动控制面，并且一对对称的起落架上的控制面的粘结方向相同，形成了两个同步控制面， 另一对对称的起落架上的控制面的粘结方向相反，形成了两个差动控制面。
全文摘要
一种微型扑旋翼飞行器。悬挂接头套装在机体纵向龙骨顶端；两个扑翼的连杆分别与悬挂接头外圆周上的连接耳片铰接。两个扑翼对称安装在悬挂接头上，并使两个扑翼的后缘方向相反。弹簧套装在机体纵向龙骨上，并位于悬挂接头下方。作动套套装在机体纵向龙骨上，并位于弹簧下方。连杆的一端通过铰链接头与扑翼连接，连杆的另一端通过铰链接头与作动套相连。电磁驱动器套装在机体纵向龙骨上，并位于作动套下方；所述控制面粘结在起落架的支臂上。固定在起落架上的差动控制面和同步控制面交替分布。本发明中的磁铁无需绕飞行器中心轴转动，使扑翼绕机体纵向龙骨旋转所需的推力减小，进而提高了升力，并且结构简单、质量轻。
文档编号B64C33/00GK102602537SQ201210090929
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者张翔宇, 彭中良, 徐合良, 李占科, 裘志杰 申请人:西北工业大学