一种半主动式仿蒲公英微小型飞行器的制作方法

本实用新型涉及飞行器领域，特指一种半主动式仿蒲公英微小型飞行器。

背景技术：

随着飞行器技术、制造工艺和先进材料应用技术的飞速发展，仿生飞行器的多样化发展成为可能，仿生技术也越来越受到关注，各类仿生飞行器如雨后春笋般出现，如仿蝙蝠飞行器、仿黄蜂无人机、仿海鸥无人机。大自然始终是工程技术设计的源泉，借鉴鸟类煽动翅膀飞行进行设计的扑翼飞行器、仿大雁飞行的滑翔机，效仿“竹蜻蜓”而设计的直升机等等。对于飞行器，大部分的仿生对象都为鸟类、昆虫类等动物，而借鉴自然界植物进行仿生还较为罕见。

蒲公英是一种轻质的草本植物，每一个蒲公英种子上有反向伞状的白色冠毛，蒲公英种子和冠毛组成的整体质量较轻，蒲公英种子这种类似于降落伞的结构极其高效，小蒲公英种子仅靠风力就能飘到几百甚至上千公里远。通过研究科学家们发现，当风吹过蒲公英种子冠毛时，会在蒲公英种子周围移动的空气之间形成压力差，压力差的产生会形成一个稳定在冠毛下方的涡环。涡环可以增加空气阻力，托起蒲公英种子，延长其在空中漂浮的时间。

本实用新型借鉴蒲公英的结构和气动特性，结合共轴双旋翼技术设计一款半主动式的飞行器。本实用新型飞行器具有尺寸小、质量轻、耗能低、机动性强及浮空时间长的特征。飞行器可通过携带不同任务载荷进行单体作战/业，也可通过协同实现多架飞行器集群作战/业，大大提高效能。此飞行器具有广泛的应用前景，在民用领域，可用于通讯中继、导航、遥感、环境气象观测等；在军用领域，可用于侦查、监视、蜂群作战、空中布雷等。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，结合可折叠翼技术、共轴双旋翼技术、蒲公英冠毛仿生技术，提出了一款微小型半主动式仿蒲公英微小型飞行器。与传统飞行器相比，本实用新型飞行器具有尺寸小、质量轻、耗能低、机动性强及浮空时间长的特征。飞行器可通过携带不同的任务载荷单体作战/业也可协同集群作战/业，大大提高作战效能。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种半主动式仿蒲公英微小型飞行器，该飞行器包括上旋翼、下旋翼、冠毛翼、主轴和主舱；所述的上旋翼、下旋翼固定于所述的主轴上部，构成共轴双旋翼；且上旋翼和下旋翼的旋转方向相反，且两者的桨叶均可折叠；所述的冠毛翼由内外两层构成；每层冠毛翼中，均具有若干沿主轴周向均匀排列的柔性冠毛，且每条柔性冠毛的一端固定于主轴上，另一端为自由端；所述的主舱挂载于主轴下部。

作为优选，所述的上旋翼、下旋翼均为刚性旋翼，上旋翼、下旋翼均由两片桨叶组成，桨叶具有负扭转，桨叶外形为梯形；桨叶翼型选用CLARK-Y翼型。

作为优选，所述的柔性冠毛为中空腔体。

作为优选，所述的冠毛翼中，每条柔性冠毛的内腔中，置有用于控制冠毛张角大小的形状记忆合金丝。

作为优选，所述的每层冠毛翼由36根冠毛构成。

作为优选，所述的柔性冠毛主结构由石墨烯气凝胶制成。

作为优选，所述的主舱外形为纺锤体。

作为优选，所述的主舱内放置有设备和/或任务载荷。

作为优选，还包括存放母仓，所述的飞行器以折叠状态批量固定于存放母仓中。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型提出的半主动式仿蒲公英微小型飞行器，利用蒲公英种子的空中漂浮和扩散能力强的特性进行设计。具有尺寸小、质量轻、耗能低、机动性强及浮空时间长的特征。

本实用新型提出的半主动式仿蒲公英微小型飞行器，其冠毛翼设计，借鉴蒲公英的仿生学构造和运动机理，采用石墨烯气凝胶等轻质功能材料制作，可使飞行器在空中进行较长时间和较长距离的漂浮和扩散，而不消耗任何能量。这种高效的飞行机制可以最大限度地降低能源消耗。

本实用新型提出的半主动式仿蒲公英微小型飞行器，根据不同的运动状态开启不同的运动模式，适应性强、灵活性高、耗能低，本飞行器具有蒲公英种子长航时的特征，但比蒲公英种子的机动性更强。

本实用新型提出的半主动式仿蒲公英微小型飞行器，旋翼采用可折叠技术，存放时节省空间。飞行器的安装和存放方式可根据用户需求进行设计，例如直筒式、平板式、曲板式等，灵活性较强。

附图说明

图1为半主动式仿蒲公英微小型飞行器下降状态及结构组成图；

图2为半主动式仿蒲公英微小型飞行器爬升状态图；

图3为半主动式仿蒲公英微小型飞行器折叠状态图；

图4为直筒式存放示意图；

图5为平板式存放示意图；

图6为曲板式存放示意图。

图中：上旋翼1、下旋翼2、冠毛翼3、主轴4和主舱5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本实用新型的飞行器以蒲公英为仿生对象，利用其双层冠毛的空中漂浮和扩散能力强的特性进行设计。

如图1所示，飞行器由上旋翼1、下旋翼2、冠毛翼3、主轴4和主舱5组成。上旋翼1、下旋翼2同轴固定于主轴4顶部，构成共轴双旋翼，作为整个飞行器的动力系统。且上旋翼1、下旋翼2均为刚性旋翼，旋转方向彼此相反，上旋翼1、下旋翼2各自分别由两片桨叶通过连杆连接而成，桨叶具有负扭转，外形为梯形，翼型选用CLARK-Y。为了节省飞行器存放过程中的体积，上旋翼1或下旋翼2的两片桨叶与连杆之间均设计为可折叠形式，在存储过程中两片桨叶下垂，节省横向占地；而在飞行过程中两片桨叶展开呈水平。此处的折叠结构可以将桨叶铰接于连杆上实现，但需要在桨叶展开时具有一定的刚度，以保证飞行时桨叶的稳定性。该保持刚度的结构的实现方式可以是多样的，例如可以在桨叶和连杆的接触部位两侧均设置通电控制的磁吸件，在需要展开是进行通电使两者紧紧吸住保持刚度，而需要折叠时断开通电使其弯折；当然也可以是诸如电机控制等电控结构来实现。

该飞行器中，其冠毛翼3由上下两层构成，每层冠毛翼由36根柔性冠毛构成，共72根。柔性冠毛内部结构为中空腔体，以减轻重量，可由轻质的功能材料制作而成，例如石墨烯气凝胶等，使其具有良好的结构特性和电磁特性。每层冠毛翼3均仿照蒲公英的冠毛构造，由多条柔性冠毛沿主轴4外壁周向均匀排列，每条柔性冠毛一端固定于主轴4上，另一端为自由端。上下两层冠毛翼3由于曲面向上，因此实际形成了内外两层结构，冠毛翼能够在下部形成涡环来产生升力，并通过调控孔隙度来稳定涡环，以延长飞行器的浮空时长。双层冠毛翼3结构相对于单层结构而言，其浮空效果更好。另外，冠毛翼3的朝向需要根据飞行器的上升或下降状态进行灵活改变，满足飞行器的机动性能。因此，可以通过角度调节装置来控制冠毛翼3的张角。角度调节装置的实现方式可以是多样的，在本实施例中，通过形状记忆合金来实现张角的精确控制：在每条柔性冠毛的中空内腔中，分别置入一条形状记忆合金丝，利用其具有形状记忆特性的形变功能，来控制冠毛张角的大小。形状记忆合金丝可以连接外部电源，通过控制电流来改变合金丝的刚性和角度。

如图1、2所示，飞行器具有两种飞行模式，一种为有动力飞行模式，主要是在爬升和机动状态(如图1)，此时旋翼工作并消耗一定的动力，冠毛翼为伞状，降低向下的阻力；另一种模式为无动力飞行模式，主要在悬浮和下降状态(如图2)，此时旋翼不工作，主要靠冠毛翼产生浮力，冠毛翼为倒伞状，增大向上的浮力，并且不消耗任何动力，节省能源。而且，冠毛翼中不同的冠毛张角不同时，还可以实现不同的下降速度。

该飞行器中，其主舱5为纺锤体外形，降低附加阻力，有效利用空间用来放置动力、电气、控制设备和任务载荷等。例如共轴双旋翼系统的收放、动力控制装置、电源等均可搭载在主舱5内，以实现自动化控制。各种动力、电气、控制设备可采用现有的飞行器相关设备，并非本实用新型的关键点，因此不再赘述。飞行器可通过携带不同任务载荷进行单体作业也可进行集群作业。

如图3所示，飞行器的共轴双旋翼在存放时可折叠上旋翼1、下旋翼2的桨叶，并使冠毛翼也向上收缩，整体处于折叠状态，以节省存储空间。如图4、5、6所示，飞行器在投放前可以用不同的方式进行存放和安装，可以安放在直筒(图4)、平板(图5)、曲板上(图6)，存放量大且方便灵活。投放时，旋翼展开工作，带动整机与母舱分离。

上述半主动式仿蒲公英微小型飞行器的控制方法如下：飞行器在投放前以折叠状态可分离式固定于存放母仓上，并由其他飞行器携带至目标空中位置；然后各飞行器根据自身任务需求，通过展开并启动共轴双旋翼的旋转产生上升动力，使飞行器脱离存放母仓进行任务作业；在爬升或机动状态下，飞行器启动共轴双旋翼，并调整两层冠毛翼3的角度，使其呈凹面朝下的伞状，通过共轴双旋翼旋转产生的动力飞行；在悬浮或下降状态下，飞行器关闭共轴双旋翼，并调整两层冠毛翼3的角度，使其呈凹面朝上的倒伞状，通过冠毛翼3的浮力进行无动力悬浮或远距离飞行。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。