本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种由扑翼矩阵提供升力、推力和控制的飞行器气动布局。
背景技术：
自然界中的飞行高手——鸟类和昆虫，无一例外地都采用扑翼飞行方式，这种经过几千万年漫长进化得到的飞行方式具有很高的机动性和很低的能耗。人类早期也是向鸟类学习希望通过扑动各式各样的翅膀来实现飞翔的梦想，但受限于当时对飞行原理的研究水平和技术、材料、机械等各方面的欠缺，这些尝试都以失败告终。后来，随着对空气动力学的不断深入研究，人们通过固定翼和旋翼飞行方式实现了飞行梦想，这也是现有飞行器的主要飞行方式。固定翼飞行器通过翼面与空气之间的相对速度产生上下表面的压力差形成升力，当飞行速度较低时可能无法产生足够的升力，所以不能适应低速飞行的需求。旋翼飞行器则通过高速旋转的旋翼持续向下推送空气获得升力，可以低速飞行和空中悬停，但需要消耗较高的能量。
近年来，随着对生物飞行机理的深入了解和空气动力学的不断完善，以及相关的电子机械技术、电子控制技术、新型材料、动力能源、导航技术等方面的快速发展，与扑翼相关的技术已经成为一个前沿科技的热点研究问题。扑翼飞行器在军事领域和民用领域均具有十分广阔的应用前景，世界各航空大国都研制出了各具代表的扑翼飞行器，在扑翼相关领域取得了突破进展。与固定翼和旋翼飞行相比，扑翼飞行具有极好的机动性和灵活性，具备一定的垂直起降和空中悬停能力，可以用较少的能量进行长距离飞行。但受限于目前科技水平对扑翼材料和动力的限制，当前的扑翼飞行器主要是仿鸟的小型扑翼飞行器和仿昆虫的微型扑翼飞行器，其扑翼尺寸和扑动频率存在上限，导致扑翼飞行器负重受限，无法实现高负载、长时间或长距离飞行。
针对这一问题，专利“仿雁群扑翼飞行系统”（发明号201410192768.3，发明人：李孝禄等）提供了一种由3个扑翼组成的仿雁群飞行扑翼机，具有较高的承载能力、能源利用率和飞行效率，并能有效利用太阳能获得更长的飞行时间。专利“四翼以上扑翼飞行器”（发明号201611091311.9，发明人：向仲宇）提供了一种4翼以上扑翼飞行器，该扑翼飞行器能提高扑翼飞行器的升力及拉力，使扑翼飞行器能有更大的负重能力。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提出一种扑翼矩阵飞行器气动布局，使扑翼飞行器向大型化发展，具有更灵活的飞行方式，具备更大的负载能力、更高的飞行效率和能源利用率。
本发明的另一个目的是提出一种可以使机身在扑翼扑动飞行过程中保持稳定的扑翼矩阵飞行器气动布局。
本发明的再一个目的是提出一种不需要尾翼、通过部分扑翼实现航向和纵向控制的扑翼矩阵飞行器气动布局。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种扑翼矩阵飞行器气动布局,包括机身和对称设置在机身两侧的大展弦比机翼，所述大展弦比机翼包括机翼框架，机翼框架由若干个垂直于机身方向的机翼框串联而成，在所述机翼框内包括有沿着机身方向的若干个扑翼框，每一个扑翼框内设置一个独立的扑翼，每一个扑翼独立控制。
在上述技术方案中，所述展弦比机翼的机翼框架内，扑翼成矩阵排列。
在上述技术方案中，在机翼框架内的机翼框中，扑翼成矩阵排列。
在上述技术方案中，在任意一个机翼框内，每一组串联的扑翼的扑动与相邻组存在着相位差。
在上述技术方案中，在每一组串联的扑翼中，相邻的两个扑翼存在相位差。
在上述技术方案中，机身两侧的机翼框架对称设置，相互对应的扑翼扑动其相位一致。
在上述技术方案中，所述扑翼为可折叠扑翼，具有两种状态，扑翼上扑时折叠，下扑时展开。
在本发明中，扑翼通过其中央驱动支架与所述机翼框架相连，并构成扑翼矩阵，所述机翼框架通过连接件与所述机身连接，即所述扑翼矩阵安装于所述机身两侧；
扑翼为仿鸟小型可折叠扑翼，每个扑翼完全相同，但相互独立，其扑动幅值和频率由飞行器的控制系统控制。扑翼上扑时折叠，下扑时展开。在高空或高速滑翔时，大部分扑翼平铺在所述机翼框架内，机翼外侧的部分扑翼保持扑动为飞行器提供动力和控制。
机翼框架为中单式、大展弦比、平直翼，具备0°~5°的上反角。为了在机翼框架内安装扑翼构成扑翼矩阵，沿飞行器的流向和展向对平直翼进行等间距镂空。所述机翼框架内部可以放置扑翼中央支架的连接件、控制系统的线路、动力系统的电池或燃料。
所述机身头部和尾部为流线型旋成体，中段呈圆柱状。所述扑翼矩阵安装于机身中段。所述机身内部可以放置控制系统、动力系统、导航系统、摄像机、货仓、扑翼矩阵连接件，所述机身下方可以安装雪橇式起落架、载物挂钩。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的扑翼矩阵飞行器气动布局，通过多个扑翼共同提供升力和推力，能够垂直起降、空中悬停、低速平飞，具有较大的负载能力和很高的机动性；
2、本发明提供的扑翼矩阵飞行器气动布局，使用多组前后串列的扑翼，使后面的扑翼能够利用前面扑翼产生的尾涡调整扑动振幅和频率，从而降低飞行阻力，能够像长途飞行的雁群那样提高空气动力的利用率，因而具有更高的飞行效率和能源利用率；
3、本发明提供的扑翼矩阵飞行器气动布局，通过对多组左右并列扑翼的扑动方式的控制，能够使机身和机翼框架在扑翼扑动飞行的过程中保持良好的稳定性，并且还能够实现对飞行器的航向和纵向控制；
4、本发明提供的扑翼矩阵飞行器气动布局，在高空或高速的条件下，可以将扑翼平铺于机翼框架内，进行滑翔飞行，由外侧的部分扑翼提供滑翔飞行的动力和控制，因而具有更灵活的飞行方式，并能够进一步提高其飞行效率和能源利用率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明扑翼矩阵飞行器气动布局示意图；
图2为本发明扑翼矩阵飞行器气动布局扑翼平铺滑翔飞行状态示意图；
图3为本发明扑翼矩阵飞行器气动布局扑翼向下扑动飞行状态示意图；
图中，1、机身；2、扑翼；3、机翼框架；4、扑翼和机翼框架组成的扑翼矩阵。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
如图1至图3所示，本发明的扑翼矩阵飞行器气动布局具有整体呈直线型的圆柱形机身、完全相同的多组仿鸟扑翼、大展弦比平直机翼框架、由扑翼和机翼框架组成的扑翼矩阵。
所述机身整体呈直线型，头部和尾部为流线型旋成体，中段呈圆柱状。所述扑翼矩阵安装于机身中段，对称分布在机身两侧。机身内部安装控制系统、动力系统、导航系统、摄像机、货仓、扑翼矩阵连接件，机身下方安装雪橇式起落架、载物挂钩。
述扑翼为仿鸟小型可折叠扑翼，按照4×5的矩阵形式等间距均匀分布在机翼框架内。每个扑翼完全相同，但相互独立，其扑动幅值和频率由飞行器的控制系统控制。通过控制系统对所有扑翼的协同控制，可以实现飞行器的垂直起降、空中悬停、扑动飞行和滑翔飞行。在垂直起降和空中悬停过程中，所有扑翼上下扑动提供升力。在扑动飞行过程中，所有扑翼像鸟类一样挥舞拍动，提供升力和推力。在滑翔飞行过程中，大部分扑翼平铺在机翼框架内，机翼框架外侧的部分扑翼保持扑动为飞行器提供动力和控制。
为了保证机身在扑翼扑动过程中保持较高的稳定性，单块扑翼矩阵上的每一组串列扑翼的扑动与相邻组存在着相位差。在稳定飞行过程中，每一组串列扑翼的扑动与其关于机身对称的串列扑翼相同。
为了提高飞行器扑动飞行过程中的气动效率，每一组串列扑翼中扑翼的扑动也存在着相位差，通过数值模拟计算和优化设计计算可以求得相应的相位差，使后面的扑翼能够充分利用前面扑翼产生的尾涡，从而降低飞行阻力，提高飞行效率。
通过对扑翼矩阵前后扑翼扑动振幅的控制，可以实现飞行器的俯仰控制；通过对两侧扑翼矩阵左右扑翼扑动振幅的控制，可以实现飞行器的航向控制。
因为本发明主要针对的是飞行器的气动布局，是从整体上进行考量，并不进行具体的结构设计，因此对于各个部件之间的结构连接不是本发明研究的重点。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。