CN102249001A 说明书 1/4页 一种复合扑动的扑翼飞行器 技术领域 [0001]本发明涉及一种扑翼飞行器，特别是一种微型扑翼飞行器。 背景技术 [0002]微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器，它具有体积小、重量轻、使 用灵活、效率高等优势，如果搭载传感器和相关的数据传输和飞行控制系统，形成微型扑翼 无人机平台，就会具有广阔的应用前景。围绕这一课题，各国已研制出可控飞行的扑翼飞行 器，其中较成功的有美国Aero Vironment公司与加利福尼亚大学合作的“Microbat”以及 荷兰De1ft大学的“Delfly”等，但这些扑翼飞行器距离实用无人机系统的飞行器平台都有 一定的距离。 [0003]微型扑翼飞行器难以实用化的主要原因是现有微型扑翼飞行器气动效率不足、有 效载荷小、内部空间小，无人机系统的数据传输分系统、飞控导航分系统和任务载荷受到有 效载荷和内部空间的限制难以布置。这是由于扑翼驱动机制多为单纯的平面上下扑动，而 自然界的鸟类和昆虫在飞行过程中，其翼的扑动除了上下运动之外，还附加了前后扫掠以 及翼面绕展向的扭转。对于鸟类和昆虫飞行的相关研究表明，生物扑翼产生升力具有“拍飞 (Clap-Fling)”、“延时失速(Delayed Stall)”、“旋转环流(Rotational Circulation)”和 “尾流捕获(Wake Capture)”四种产生大升力的机理，其中，“拍飞”和“延时失速”是扑动机 翼固有的升力机理，而“旋转环流”和“尾流捕获”则是扑翼旋转产生的效果，因此，复合扑 动模式的气动效率显著高于单纯上下扑动。 [0004]现有微型扑翼飞行器大多通过复杂的扑翼驱动机构实现扑翼的复合运动，这种技 术途径必须以增大扑翼飞行器空机重量和降低可靠性为代价，应用受到了限制。 [0005]中国专利“机械鸟的扑动机构”（授权公告号CN201354146Y,授权公告日2009年 12月2日)公开了一种模拟飞鸟展翅飞行的具有三自由度的扑动装置。该装置采用三个电 机分别驱动曲柄摇杆机构、齿轮齿环机构和齿轮组实现了模仿飞鸟展翅飞行的拍打、扭转 和摆动的三自由度运动。其不足之处是，机构的组成比较复杂，难以轻量化、小型化，不适合 应用于微型扑翼飞行器：整个机构由三个电机及其对应的传动机构分别独立，需要复杂的 控制系统控制三个电机使整个机构的扑动协调，飞控系统的设计难度增加，可靠性降低。 [0006]中国专利“伪仿生扑翼飞机”（授权公告号101618765A,授权公告日2010年1月 6日)由靠近机身前缘与其平行安装的一个扑翼转轴带动两个扑翼上下摆动，扑翼由翼撑 和翼羽组成，翼撑为细长支杆，翼羽沿翼撑轴线等距安装，所有翼羽宽度相同，其长度由小 到大从前向后依次排列，相邻翼羽两两重叠。翼羽由硬质杆和弹性薄片制成，在上扑过程中 可以打开，避免产生负升力。其不足之处是，特殊的机翼设计使整个机翼的转动惯量和气动 阻力增加，需要伺服电机较大的功率输出，增加了扑翼飞机的自重，影响了载荷特性：弹性 薄片变形能力匹配困难，难以获得理想的气动效率：变形能力强，则整个变形过程耗时长， 在扑翼扑动频率较大时响应滞后，无法实现预定的上扑打开、下扑合拢的效果：变形能力太 差，则扑动过程中打开和合拢的幅度较小，效果非常有限