一种扑动-扭转耦合运动扑翼飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于扑翼飞行器技术领域。尤其涉及一种扑动-扭转耦合运动的扑翼飞行器。
【背景技术】
[0002]扑翼飞行具有很好的机动性和灵活性。相比于固定翼飞行，在低雷诺数下，能够充分利用非定常空气动力特性获取高升力，具有很高的飞行稳定性。多自由度扑翼运动相比单自由度扑翼运动能够更好地实现飞行生物的姿态，飞行灵活，并且在运动的过程中能够更好地控制飞行方式。
[0003]目前，研究的扑翼飞行器大多为单自由度机构，实现的运行形式简单，飞行灵活性和稳定性无法与飞行生物相比，而已有的多自由度扑翼飞行器结构复杂，驱动原动件多，控制系统复杂，难以微型化。
[0004]一种微型仿蜻蜓双扑翼飞行器(CN102211665 A)采用单自由度扑翼运动，虽然有前后两对扑翼但由于向上和向下的扑动是对称的，产生的升力和阻力相等且抵消，不能产生有效的升力。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种结构简单、能够实现扑动和扭转两个自由度运动、飞行灵活和有效升力大的扑动-扭转耦合运动扑翼飞行器。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:所述扑翼飞行器由机身、驱动机构、两个机翼、尾翼机构和控制系统组成。设机身头部为前方，面对机身头部的左侧为左方，前后方向为纵向，左右方向为横向。
[0007]机身是由机身头部、机身中部和机身尾部依次连接而成。
[0008]机身中部的结构是:左侧的竖直框架和右侧的竖直框架通过四个横向水平杆件连接为一个箱形框架，两侧的竖直框架对称设置。竖直框架的靠近底部处对称地设有纵向水平梁，两个纵向水平梁的中部对称地设有第一轴承座。两侧的竖直框架的上水平杆件下平面的靠近前端处对称地设有第三轴承座(8)，右侧竖直框架的上水平杆件下平面的靠近后端处设有第二轴承座；两侧的竖直框架底部靠近前端处沿横向设有电机固定架，两侧的竖直框架的前部上角处对称地设有电池固定架。
[0009]机身头部由两个相同的弧形构件构成，弧形构件对称地固定在机身中部的前端两侧。
[0010]机身尾部是由纵向水平杆和纵向固定杆构成。纵向水平杆的前端固定在机身中部后端的横向上水平杆的中间位置处，纵向固定杆的前端固定在机身中部后端的横向下水平杆的中间位置处，纵向固定杆的后端与纵向水平杆的中部固定连接，纵向水平杆和纵向固定杆与对应的横向上水平杆和横向下水平杆相互垂直；纵向水平杆件由后向前依次设有销孔和螺纹孔。
[0011]驱动机构包括电动机、小齿轮、大齿轮、小皮带轮、第一转轴、两个曲柄、两个连杆、第二转轴、大皮带轮、第二连杆、摇杆、第三转轴和两个机翼安装架。
[0012]电动机安装在机身中部的电机固定架上，小齿轮安装在电动机的输出轴，小齿轮与大齿轮啮合。
[0013]第一转轴安装在机身中部的第一轴承座上，在第一转轴的两端对称地装有曲柄，两个曲柄之间由左向右依次装有大齿轮和小皮带轮。两个曲柄末端与各自对应的连杆的一端通过球面副连接，两个连杆的另一端设有球面副，球面副的外圈固定有连接机翼的销轴。
[0014]第二转轴安装在机身中部的第二轴承座上，第二转轴靠近左端处装有大皮带轮，大皮带轮通过皮带与小皮带轮连接，大皮带轮的侧面靠近边缘处装有连接连杆的销轴。
[0015]第三轴承座上装有第三转轴，第三转轴的两端固定有机翼安装架，机翼安装架位于第三轴承座的外侧，机翼安装架为长方体，机翼安装架沿长的方向开有连接机翼的通孔。第三转轴的中部靠近左端处固定有摇杆，摇杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与大皮带轮上的连接连杆的销轴铰接。
[0016]两个机翼形状相同，均由翼面、凹形构件和连接机翼安装架的销轴构成；翼面的根部与凹形构件的封闭端固定连接，凹形构件的开口端装有连接机翼安装架的销轴，连接机翼安装架的销轴与连接机翼的通孔活动连接；凹形构件封闭端的平面开有销轴通孔，销轴通孔与连杆球面副的外圈固定的连接机翼的销轴固定连接。
[0017]尾翼机构由尾翼舵机、舵臂、第三连杆、尾翼和连接机身尾部的销轴组成。
[0018]尾翼是由垂尾和平尾组成；垂尾的平面形状为梯形，平尾是由前部的等腰三角形和后部的矩形构成的整体，垂尾垂直地固定在平尾的中间位置处。
[0019]尾翼舵机通过螺栓和机身尾部的螺纹孔与机身尾部固定连接，尾翼舵机的输出轴装有舵臂，舵臂与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与尾翼铰接；尾翼通过连接机身尾部的销轴和机身尾部的销孔与机身尾部活动连接。
[0020]控制系统的结构是:发射机与接收机无线连接，锂电池与接收机的输入端口连接；接收机的输出端口 I与电动机连接，接收机的输出端口 2与尾翼舵机连接；锂电池安装在电池固定架上，接收机固定在机身尾部的纵向水平杆件的靠近前端处。
[0021]所述两侧的竖直框架的结构相同，是由后竖直杆件、纵向上水平杆件、前竖直杆件、纵向下水平杆件和弧形杆件依次连接为封闭式框架。其中:前竖直杆件和后竖直杆件的上端固定有纵向上水平杆件，前竖直杆件的下端固定有纵向下水平杆件，后竖直杆件下端和纵向下水平杆件的后端通过弧形杆件相连。纵向下水平杆件的长度为纵向上水平杆件的0.4-0.6倍，后竖直杆件的长度为前竖直杆件的0.2-0.4倍。
[0022]所述纵向固定杆的后端与纵向水平杆的中部固定连接是指纵向固定杆与纵向水平杆在连接处的夹角为25~30°。
[0023]所述凹形构件的封闭端宽度为翼面根部宽度的0.6-0.8倍。
[0024]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
本发明由机身、驱动机构、两个机翼、尾翼机构和控制系统组成，结构简单；由一个电动机实现两个自由度的扑翼运动，驱动原动件少。本发明由于具有扑动和扭转两个自由度的运动，在飞行时能够通过扭转运动改变机翼的迎角，相对于单自由度扑翼飞行器，飞行灵活，产生的有效升力更大。
[0025]本发明中的电动机启动时，电动机输出轴上的小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合，将扭矩传递给第一转轴及安装在第一转轴上的小皮带轮；第一转轴的转动带动安装在第一转轴两端的两个曲柄转动，两个曲柄带动各自的连杆，两个连杆通过球面副外圈的销轴与各自对应的机翼连接；两个曲柄、两个连杆、两个机翼、机身组成空间连杆机构，两个曲柄的转动通过两个连杆使得两个机翼在空间上下扑动，实现机翼的扑动运动。
[0026]本发明中的小皮带轮随着第一转轴转动，小皮带轮通过皮带，将扭矩传递给大皮带轮，大皮带轮驱动安装在大皮带轮上的第二连杆转动，第二连杆带动摇杆往复摆动，摇杆和第三转轴固定在一起，第三转轴两端固定机翼安装架，两个机翼安装在机翼安装架上，摇杆的往复摆动使得两个机翼绕着机翼中线转动；大皮带轮、第二连杆、摇杆和机翼构成曲柄摇杆机构，实现机翼的扭转运动。
[0027]通过上述空间连杆机构实现机翼的扑动运动，曲柄摇杆机构实现机翼的扭转运动，两个运动合成，实现了机翼的扑动-扭转耦合运动。
[0028]本发明中的尾翼舵机逆时针转动时，驱动尾翼舵机输出轴上的舵臂逆时针转动，舵臂与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与尾翼铰接，尾翼(36)通过连接机身尾部的销轴(37)和机身尾部(14)的销孔(15)与机身尾部(14)活动连接；舵臂的逆时针转动通过第三连杆拉着尾翼向左转动，扑翼飞行器向左转向。反之，同理。
[0029]本发明是一种既能扑动又能扭转的具有两个自由度的扑翼飞行器；适用于生化探测与环境监测、灾难搜救、低空侦察、通信中继与信号干扰等民用和国防领域。
[0030]因此，本发明具有结构