一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，机体架上安装有扭转舵机，扭转舵机摇臂一端连接扭转舵机，另一端连接扭转连杆，扭转连杆的另一端连接扭转轴摇臂，扭转轴摇臂连接扭转轴，机体架上安装有前轴承和后轴承，尾舵安定面上固连有扭转轴，尾舵安定面通过两个尾舵铰链分别连接左尾舵和右尾舵，尾舵安定面上安装有左尾舵机和右尾舵机，左尾舵上设有左尾舵摇臂，右尾舵上设有右尾舵摇臂，左尾舵机摇臂一端连接左尾舵机，另一端连接左尾舵连杆，左尾舵连杆的另一端连接左尾舵摇臂，右尾舵机摇臂一端连接右尾舵机，另一端连接右尾舵连杆，右尾舵连杆的另一端连接右尾舵摇臂。本发明具有操纵效率高、结构简单、可靠性强等优点。
【专利说明】一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构
【技术领域】
[0001]本发明属于微型扑翼飞行器【技术领域】，是一种高效的微型扑翼飞行器尾翼操纵机构。
【背景技术】
[0002]微型扑翼飞行器(Flapping-Wing Micro Air Vehicle,简称FMAV)是一种模仿动物飞行的新型飞行器。与固定翼和旋翼飞行器相比，扑翼的主要特点是可以将举升、悬停和推进功能集成于一体，无需螺旋桨或喷气装置，可以用很小的能量进行长距离飞行，同时具有很强的机动性和灵活性，更适于执行军事侦察任务。
[0003]目前能够真正实现飞行的微型扑翼飞行器主要分为仿鸟型、仿昆虫型两种。仿昆虫型的扑翼飞行器主要通过双翼的复杂运动或四翼中两翼的迎角变化实现飞行操纵。仿鸟型扑翼飞行器主要通过以下三种机构实现飞行操纵:一、采用与常规固定翼飞行器相同的倒T型尾翼或V型尾翼实现俯仰和偏航操纵。二、采用单片式似鸟尾翼，通过推拉和扭转实现俯仰和偏航操纵。三、通过改变左右扑翼薄膜翼根段后缘的高度，使左右扑翼安装角变化，实现偏航操纵；通过改变扑动速度，操纵扑翼飞行器高度变化。
[0004]在现有仿鸟型扑翼飞行器的三种飞行操纵机构中，第一种采用与常规固定翼相同的尾翼结构，由于扑翼飞行器的飞行速度一般低于常规固定翼飞行器，所以这种尾翼往往舵效不够，特别在扑翼飞行器飞行的低速段难以操纵飞机；第二种采用单片式似鸟尾翼，这是一种仿生设计，能够较好的进行扑翼飞行器的俯仰和偏航操纵，但由于单片式的似鸟尾翼基本上是刚性的，不能做到像真实鸟类一样灵活改变羽毛角度，所以仍然无法实现滚转控制，只能笨拙的飞行；第三种采用改变左右扑翼安装角的方式实现偏航，扑动速度改变高度，这也是市面上多数玩具扑翼飞行器的操纵方式，但这种方式不但不能有效的实现滚转操纵，甚至连俯仰操纵也难以实现。
[0005]真实鸟类的飞行是复杂的，尽管有少数鸟类在剪除尾部部分羽毛后仍能飞行，但大多数鸟类的飞行机动还是主要依靠尾羽的，所以如何做一个真正仿生的尾巴成为微型扑翼飞行器【技术领域】的一个重大课题。分裂式差动尾翼操纵机构是一种更为仿生的设计，除能真实模拟鸟类飞行中尾部骨骼肌肉的扭转和摆动外，还可以模拟尾部羽毛角度的大致变化，较大的提高了微型扑翼飞行器的机动和敏捷性。试验型微型扑翼飞行器在换装分裂式差动尾翼后，能够进行筋斗和横滚机动，极大的提高了飞行性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决现有微型扑翼飞行器机动和敏捷性较弱的现状，提高微型扑翼飞行器的操纵效率，改善飞行性能，本发明提出一种操纵效率高、结构简单、可靠性强的微型扑翼飞行器分裂式差动尾翼操纵机构。
[0007]—种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，包括机体架、扭转舵机、扭转舵机摇臂、右尾舵、左尾舵摇臂、左尾舵、尾舵铰链、左尾舵连杆、尾舵安定面、左尾舵机摇臂、左尾舵机、后轴承、扭转连杆、扭转轴摇臂、扭转轴、前轴承、右尾舵机、右尾舵摇臂、右尾舵机摇臂、右尾舵连杆；在机体架上安装有扭转舵机，扭转舵机摇臂一端连接扭转舵机，另一端连接扭转连杆，扭转连杆的另一端连接扭转轴摇臂，扭转轴摇臂连接扭转轴，机体架上安装有前轴承和后轴承，尾舵安定面上固连有扭转轴，扭转轴前端过盈配合于前轴承和后轴承中；尾舵安定面通过两个尾舵铰链分别连接左尾舵和右尾舵，尾舵安定面上安装有左尾舵机和右尾舵机，左尾舵上设有左尾舵摇臂，右尾舵上设有右尾舵摇臂，左尾舵机摇臂一端连接左尾舵机，另一端连接左尾舵连杆，左尾舵连杆的另一端连接左尾舵摇臂，右尾舵机摇臂一端连接右尾舵机，另一端连接右尾舵连杆，右尾舵连杆的另一端连接右尾舵摇臂。
[0008]本发明的优点在于:
[0009](1)飞行器机动型强、操纵效率高，可以有效地进行微型扑翼飞行器的滚转控制，可以进行普通微型扑翼飞行器难以实施的横滚、筋斗等动作；
[0010](2)结构简单、可靠性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构示意图；
[0012]图2分裂式差动尾翼操纵机构安装示意图；
[0013]图3俯仰操纵示意图；
[0014]图4偏航操纵示意图；
[0015]图5滚转操纵示意图；
[0016]图中:
[0017]1.机体架；2.扭转舵机；3.扭转舵机摇臂；
[0018]4.右尾舵；5.左尾舵摇臂；6.左尾舵；
[0019]7.尾舵铰链； 8.左尾舵连杆；9.尾舵安定面；
[0020]10.左尾舵机摇臂；11.左尾舵机；12.后轴承；
[0021]13.扭转连杆； 14.扭转轴摇臂；15.扭转轴；
[0022]16.前轴承17.右尾舵机 18.右尾舵摇臂
[0023]19.右尾舵机摇臂20.右尾舵连杆
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025]一般来说，飞行器的滚转是靠大幅度改变机体左右升力差来实现的；对于微型扑翼飞行器来讲，由于扑翼是动部件，在其上安装或改装大幅度改变升力差的机构是困难的；而较为宽大的尾翼除扭转方向外，可以看作是一个静部件。只要将原有单片尾翼分作两片，大幅度的差动推拉到不同角度，便可为飞行器带来强烈的滚转力矩；同时尾部扭动加上尾舵同向偏转又可以带来俯仰与偏航力矩。
[0026]根据上述原理，本发明是一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，如图
1、图2所示，包括机体架1、扭转舵机2、扭转舵机摇臂3、右尾舵4、左尾舵摇臂5、左尾舵6、尾舵铰链7、左尾舵连杆8、尾舵安定面9、左尾舵机摇臂10、左尾舵机11、后轴承12、扭转连杆13、扭转轴摇臂14、扭转轴15、前轴承16、右尾舵机17、右尾舵摇臂18、右尾舵机摇臂19、右尾舵连杆20 ；
[0027]在机体架1上安装有扭转舵机2，扭转舵机摇臂3 —端连接扭转舵机2，另一端连接扭转连杆13，扭转连杆13的另一端连接扭转轴摇臂14，扭转轴摇臂14连接扭转轴15，机体架1上安装有前轴承16和后轴承12，尾舵安定面9上固连有扭转轴15，扭转轴15前端过盈配合于前轴承16和后轴承12中，扭转舵机2的动作将带动扭转轴15动作，进而带动整个尾部扭转；
[0028]从机体架1左侧观察，扭转轴15与飞行器飞行方向方向呈一定角度安装，整个尾部安装角为-10?-30度，以保证在所有舵机不偏转动作时，飞行器的飞行处于配平状态；扭转轴15在扭转舵机2的推拉下能够自如转动，扭转舵机2保留足够的偏转动作角度，保证扭转轴15左右扭转角度都大于30度，可在偏航操纵时保证飞行器有足够的偏航力矩。
[0029]尾舵安定面9通过两个尾舵铰链7分别连接左尾舵6和右尾舵4，尾舵安定面9上安装有左尾舵机11和右尾舵机17，左尾舵6上设有左尾舵摇臂5，右尾舵4上设有右尾舵摇臂18，左尾舵机摇臂10—端连接左尾舵机11，另一端连接左尾舵连杆8，左尾舵连杆8的另一端连接左尾舵摇臂5，右尾舵机摇臂19 一端连接右尾舵机17，另一端连接右尾舵连杆20，右尾舵连杆20的另一端连接右尾舵摇臂18。
[0030]左尾舵机11、右尾舵机17的动作将分别带动左尾舵6、右尾舵4上偏或下偏；尾舵铰链7对左尾舵6、右尾舵4和尾翼安定面9的连接稳固且灵活，左尾舵6和右尾舵4在左尾舵机11、右尾舵机17的推拉下能够自如转动，左尾舵机11、右尾舵机17保留足够的偏转动作角度，保证左尾舵6、右尾舵4上下偏转角度都大于30度，可在滚转操纵时保证飞行器有足够的滚转力矩。
[0031]装配时:
[0032]将前轴承16和后轴承12胶结在机体架1相应槽内，将扭转舵机2胶结在机体架1相应槽内；将扭转轴摇臂14胶结在扭转轴15相应位置；将左尾舵机11、右尾舵机17胶结在尾舵安定面9相应槽内；将左尾舵摇臂5、右尾舵摇臂18分别胶结在左尾舵6和右尾舵4相应槽内。
[0033]用两个尾舵铰链7分别将尾舵安定面9和左尾舵6、右尾舵4连接在一起；将扭转轴15后端和尾舵安定面9胶结在一起。
[0034]将扭转轴15过盈配合插入前轴承16和后轴承12中。
[0035]将扭转连杆13的一端插入扭转轴摇臂14孔中，将扭转连杆13的另一端插入扭转舵机摇臂3的孔中，将扭转舵机摇臂3压紧在扭转舵机2上；将左尾舵连杆8的一端插入左尾舵摇臂5的孔中，将左尾舵连杆8的另一端插入左尾舵机摇臂10的孔中，将尾舵机摇臂10压紧在左尾舵机11上。将右尾舵连杆20的一端插入右尾舵摇臂18的孔中，将右尾舵连杆20的另一端插入右尾舵机摇臂19的孔中，将右尾舵机摇臂19压紧在右尾舵机17上。
[0036]注:机体架1上同时安装有动力机构、减速机构、遥控设备、电源、左右主翼等部件来实现扑翼飞行器的可控飞行，由于这些部件与本发明中所述操纵机构无关，所以在结构介绍和附图中将其省略。
[0037]当完成上述实施过程后，具体应用时操纵过程如下:
[0038]扭转舵机2不动作，左尾舵机11逆时针动作一定角度，右尾舵机17顺时针动作同样角度，受前向来流作用，左尾舵6、右尾舵4上分别产生2个大小相同的向下的气动力F，飞行器整体受到抬头力矩Μ的作用抬头；扭转舵机2不动作，左尾舵机11顺时针动作一定角度，右尾舵机17逆时针动作同样角度，受前向来流作用，左尾舵6、右尾舵4上分别产生2个大小相同的向上的气动力F，飞行器整体受到低头力矩Μ的作用低头，如图3所示。
[0039]扭转舵机2顺时针动作一定角度，左尾舵机11、右尾舵机17不动作，受前向来流作用，左尾舵6、右尾舵4上分别产生2个大小相同的向飞行器左上方的气动力F，飞行器整体受到左偏航力矩Μ的作用左偏航；扭转舵机2逆时针动作一定角度，左尾舵机11、右尾舵机17不动作，受前向来流作用，左尾舵6、右尾舵4上分别产生2个大小相同的向飞行器右上方的气动力F，飞行器整体受到右偏航力矩Μ的作用右偏航，如图4所示，。
[0040]扭转舵机2处于任意动作位置，左尾舵机11逆时针动作一定角度，右尾舵机17逆时针动作一定角度，受前向来流作用，左尾舵6上产生向下的气动力F、右尾舵4上产生向上的气动力F，飞行器整体受到左滚转力矩Μ的作用左滚转；扭转舵机2处于任意动作位置，左尾舵机11顺时针动作一定角度，右尾舵机17顺时针动作一定角度，受前向来流作用，左尾舵6上产生向上的气动力F、右尾舵4上产生向下的气动力F，飞行器整体受到右滚转力矩Μ的作用右滚转，如图5所示。
【权利要求】
1.一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，包括机体架、扭转舵机、扭转舵机摇臂、右尾舵、左尾舵摇臂、左尾舵、尾舵铰链、左尾舵连杆、尾舵安定面、左尾舵机摇臂、左尾舵机、后轴承、扭转连杆、扭转轴摇臂、扭转轴、前轴承、右尾舵机、右尾舵摇臂、右尾舵机摇臂、右尾舵连杆；在机体架上安装有扭转舵机，扭转舵机摇臂一端连接扭转舵机，另一端连接扭转连杆，扭转连杆的另一端连接扭转轴摇臂，扭转轴摇臂连接扭转轴，机体架上安装有前轴承和后轴承，尾舵安定面上固连有扭转轴，扭转轴前端过盈配合于前轴承和后轴承中；尾舵安定面通过两个尾舵铰链分别连接左尾舵和右尾舵，尾舵安定面上安装有左尾舵机和右尾舵机，左尾舵上设有左尾舵摇臂，右尾舵上设有右尾舵摇臂，左尾舵机摇臂一端连接左尾舵机，另一端连接左尾舵连杆，左尾舵连杆的另一端连接左尾舵摇臂，右尾舵机摇臂一端连接右尾舵机，另一端连接右尾舵连杆，右尾舵连杆的另一端连接右尾舵摇臂。
2.根据权利要求1所述的一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，所述的尾翼安装角为-10?-30度。
3.根据权利要求1所述的一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，所述的左右扭转角度均大于30度。
4.根据权利要求1所述的一种微型扑翼飞行器的分裂式差动尾翼操纵机构，所述的尾舵、右尾舵上下偏转角度均大于30度。
【文档编号】B64C33/02GK104229138SQ201410503465
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】向锦武, 孙毅, 李道春, 甄冲, 范新 申请人:北京航空航天大学