一种机翼可伸缩的飞行装置及其使用方法

本发明涉及扑翼飞行器的领域，尤其涉及一种机翼可伸缩的飞行装置及其使用方法。

背景技术：

1、人类对飞行的最初渴望来自自然界的飞行生物，近年来，航空飞行器设计制造已经取得了巨大成就，仿生扑翼飞行器技术也得到很大发展。固定翼无人机或旋翼无人机与扑翼无人机相比，不仅存在着诸如缺乏垂直起降和悬停功能或需要尾桨或反向旋翼平衡扭矩额外功耗等各自固有的飞行性能局限性。而扑翼飞行器与固定翼飞行器和旋翼飞行器相比，具有气动噪声小、机动灵活性强、仿生隐蔽性好等优点，在民用和军事领域均有广阔的应用前景。

2、与旋翼无人机和固定翼无人机不同的是，扑翼无人机由于其独有的扑动飞行方式，因此可以在短时间内通过改变两侧机翼的形状和大小来实现转向，这与自然界中的鸟类转向类似。但是现有技术并没有相关针对此类的研究。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种机翼可伸缩的飞行装置及其使用方法，进而实现扑翼飞行机器人转向的一种控制结构。其特征是尺寸适中、有较大的负载能力、有较长的空中续航时间、拥有很好的飞行灵活性和高升力以及飞行稳定性和抗干扰能力，具体包括：

2、一种机翼可伸缩的飞行装置，包括机架，包括两个机翼，两个所述机翼呈对称安装在所述机架的两侧；

3、所述机翼包括d形弧面翼翼肋、p形弧面翼翼肋、舵机和翼架；

4、所述翼架的一端安装在所述机架上，所述d形弧面翼翼肋和所述p形弧面翼翼肋的前端安装在所述翼架9上，所述d形弧面翼翼肋设置在所述p形弧面翼翼肋和所述机架之间；

5、所述d形弧面翼翼肋的尾部设置有与所述d形弧面翼翼肋一体化设置的第一条形槽，所述第一条形槽沿所述d形弧面翼翼肋的下方翼肋的肋身方向设置，所述第一条形槽上滑动安装第一伸缩翼肋，所述d形弧面翼翼肋的上下两个翼肋之间安装舵机，所述舵机的摆臂的移动端通过连接杆与所述第一伸缩翼肋连接；

6、所述p形弧面翼翼肋的下方翼肋长于所述p形弧面翼翼肋的上方翼肋，所述p形弧面翼翼肋的下方翼肋的尾部设置有与所述p形弧面翼翼肋一体化设置的第二条形槽，所述第二条形槽沿所述p形弧面翼翼肋的下方翼肋的肋身方向设置，所述第二条形槽上滑动安装第二伸缩翼肋；

7、所述第一伸缩翼肋和第二伸缩翼肋安装在同一块翼膜内壁；

8、当所述舵机的摆臂转动时，所述舵机的摆臂通过所述连接杆带动所述第一伸缩翼肋沿所述第一条形槽直线移动，所述第一伸缩翼肋通过所述翼膜带动所述第二伸缩翼肋在所述第二条形槽上直线移动。其中，舵机、摆臂和连接杆组成曲柄摇杆结构，带动第一伸缩翼肋实现直线移动从而实现伸缩，更改机翼的有效面积。

9、本装置还包括控制模块，所述控制模块与所述舵机信号连接，所述控制模块用于根据转向指令确定所述舵机的转动方向和目标角度。

10、优选的，所述舵机通过胶水安装在所述d形弧面翼翼肋。

11、优选的，所述d形弧面翼翼肋的上方翼肋和所述d形弧面翼翼肋的下方翼肋之间镂空。

12、优选的，所述翼架为直线杆。

13、优选的，所述p形弧面翼翼肋的重量小于所述d形弧面翼翼肋。

14、优选的，所述p形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔，所述d形弧面翼翼肋的侧壁设置通孔；

15、还包括支撑杆，所述支撑杆一端通过所述d形弧面翼翼肋的通孔安装在所述d形弧面翼翼肋上，所述支撑杆的杆身穿过所述p形弧面翼翼肋的通孔，所述支撑杆的另一端安装在所述翼架远离所述机架的一端。

16、优选的，所述d形弧面翼翼肋、所述支撑杆和所述翼架围成直角三角结构。

17、一种机翼可伸缩的飞行装置的使用方法，包括上述的机翼可伸缩的飞行装置，包括：

18、s1、根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积；

19、s2、根据所述单侧机翼需要设置的有效面积得出第一伸缩翼肋和第二伸缩翼肋需要调整的距离；

20、s3、舵机根据所述第一伸缩翼肋和所述第二伸缩翼肋需要调整的距离转动所述舵机的摆臂，直至所述单侧机翼的面积等于所述单侧机翼需要设置的有效面积。

21、优选的，所述s1的根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积包括：

22、s11、计算单侧机翼的总动力，所述单侧机翼的总动力的计算公式为公式(1)：

23、

24、fl为单侧机翼产生的升力，fd为单侧机翼产生的推力，ρ为空气密度，ucp为机翼压力中心的相对速度，cl为机翼的升力系数，cd为机翼的阻力系数，s为单侧机翼需要设置的有效面积。

25、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

26、上述方案，当遥控器发送转向控制信号并由扑翼飞行机器人接收到，或飞行计划中需要转向时，由所述控制模块将控制信号通过pwm波输出到所述机翼一型翼肋的所述舵机，所述舵机根据pwm波来确定摆动幅度，通过所述舵机摆臂带动所述舵机与延伸翼肋连接杆，并带动所述左侧延伸翼肋或者所述右侧延伸翼肋伸展或收回，并最终带动整个可伸展机翼的运动，进而实现机翼有效受力面积发生改变。

27、本发明提供的机翼结构简单、重量轻、易操控且控制效果较为明显，适合重量敏感、翼面较大的扑翼飞行机器人，可以在另一个角度提供解决扑翼飞行机器人的转弯问题的方案。相比较于其他的转向方式，本发明提供的机翼通过改变左右机翼的面积来实现转向效果，具有灵活、易操纵的特点。转向机构设置在弧面翼翼肋上，可以节省机身空间安装更多需要部件，或者进一步缩短机身长度，具有较高的仿生性。

技术特征：

1.一种机翼可伸缩的飞行装置，包括机架，其特征在于，包括两个机翼，两个所述机翼呈对称安装在所述机架的两侧；

2.根据权利要求1所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块与所述舵机信号连接，所述控制模块用于根据转向指令确定所述舵机的转动方向和目标角度。

3.根据权利要求1所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，所述舵机通过胶水安装在所述d形弧面翼翼肋。

4.根据权利要求1所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，所述d形弧面翼翼肋的上方翼肋和所述d形弧面翼翼肋的下方翼肋之间镂空。

5.根据权利要求1所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，所述翼架为直线杆。

6.根据权利要求1所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，所述p形弧面翼翼肋的重量小于所述d形弧面翼翼肋。

7.根据权利要求5所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，所述p形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔，所述d形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔；

8.根据权利要求7所述的机翼可伸缩的飞行装置，其特征在于，所述d形弧面翼翼肋、所述支撑杆和所述翼架围成直角三角结构。

9.一种机翼可伸缩的飞行装置的使用方法，其特征在于，包括权利要求1至权利要求8任一项所述的机翼可伸缩的飞行装置，包括：

10.根据权利要求9所述的机翼可伸缩的飞行装置的使用方法，其特征在于，所述s1的根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积包括：

技术总结
在扑翼飞行器中，本发明提供一种机翼可伸缩的飞行装置及其使用方法，包括两个机翼，两个所述机翼呈对称安装在所述机架的两侧；所述机翼包括D形弧面翼翼肋、P形弧面翼翼肋、舵机和翼架，当所述舵机的摆臂转动时，所述舵机的摆臂通过所述连接杆带动所述第一伸缩翼肋沿所述第一条形槽直线移动，所述第一伸缩翼肋通过所述翼膜带动所述第二伸缩翼肋在所述第二条形槽上直线移动。本发明提供的机翼通过改变左右机翼的面积来实现转向效果，具有灵活、易操纵的特点。

技术研发人员：何修宇,贺威,宋海生,郎福音,吴晓阳,付强,邹尧,张爽,李擎
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15