一种用于扑翼型微型飞行器的全自动可折叠扑翼

技术领域

本发明涉及一种扑翼型微型飞行器的翼，特别涉及一种仿生扑翼型微型飞 行器的全自动可折叠扑翼。

背景技术

微型飞行器(MicroAirvehicle，简称MAV)具有尺寸小，易携带，操作 性好，隐蔽性强的特点，其在执行狭小空间或复杂地形条件下的任务时具有 其它飞行器无法比拟的优势。随着尺寸的进一步缩小，扑翼型MAV在机动性、 推进效率以及气动性能等方面表现出了更为明显优势，这使其成为MAV未来 发展的重要方向。为了降低重量，MAV的扑翼必须足够轻盈，因此目前面世 的扑翼型MAV都采用了类似昆虫翅膀的膜结构扑翼，然而这种扑翼翼展较 大、极易损坏。

金龟子在不飞行时可将其膜质后翅折叠收拢于鞘翅之下，而在需要飞行时 才将后翅展开。它的这一特性使其同时具备了优异的飞行能力和良好的环境 适应性。

发明内容

本发明受金龟子的启发，提出一种用于扑翼型MAV的新型全自动可折叠 扑翼。这种扑翼在飞行时可以展开以获得足够的升力，在不需要飞行时可以 折叠起来，以减小机翼的面积，降低机翼受损风险。该扑翼还具有自动控制 系统，可以根据微型飞行器机体发出的指令调整扑翼的展开状态，进行实时 调控，对提高飞行器的操作性和飞行能力有重要意义。

本发明提供一种用于扑翼型微型飞行器的全自动可折叠扑翼，其目的是在 保证扑翼型微型飞行器的飞行性能的情况下，减小飞行器的携带尺寸，降低 扑翼的受损风险，进而提高微型飞行器的使用寿命。

本发明包括翅基、第一翅脉、第二翅脉、第三翅脉、第四翅脉、无弹性拉 索、第一弹性铰链；第二弹性铰链、翅膜、内置热源、微传感器、控制器、 接口、薄膜软管、弹力线以及圆柱滑块；

所述翅基内部设有液腔，液腔与注液口和出液管连通，第一翅脉安装 于出液管E上，第一弹性铰链安装于第一翅脉上，第二翅脉通过第一弹性铰 链与第一翅脉连接，多条第四翅脉安装于翅基上，多条第四翅脉放射状分布， 第三翅脉通过第二弹性铰链与临近第一翅脉的第四翅脉连接；翅膜固定在第 一翅脉、第二翅脉、第三翅脉和第四翅脉上。

所述第一翅脉包括圆形导管和支架，圆形导管和支架之间形成角度；薄膜 软管和圆柱滑块安装于第一翅脉的圆形导管内，其中薄膜软管一端固定在出 液管的管壁上，薄膜软管另一端固定在圆柱滑块的端面上；弹力线一端固定 于圆柱滑块的端面圆心固定点F处，弹力线另一端穿过出液管固定于翅基的 液腔内壁，第一翅脉的支架上开有孔，无弹性拉索一端固定在第二翅脉上的 固定点D处，无弹性拉索另一端穿过孔固定于圆柱滑块上的固定点F处。

内置热源、微传感器、微控制器和接口构成控制系统，内置热源和微传感 器位于翅基的液腔内，微控制器设置在翅基上。

本发明的展开原理：

密闭容器内即翅基内的液体受热后体积膨胀，由于受到容器壁的限制作 用，其内部的压力将会升高，从而推动圆柱滑块克服弹力线的弹力移动，使 无弹性拉索对第二翅脉的拉力减小，进而使第一弹性铰链受到的弯矩减小， 可折叠扑翼在第一弹性铰链的弹力作用下逐渐展开。

本发明的折叠原理：

密闭容器内即翅基内的液体温度逐渐降低后，其体积缩小，压力逐渐恢复， 圆柱滑块在弹力线的弹力作用下逐渐回复到初始位置，圆柱滑块通过无弹性 拉索拉动第二翅脉绕第一弹性铰链旋转，可折叠扑翼逐渐折叠。

展开和折叠过程实现：

展开过程：

本发明在翅基内设有内置热源、微传感器、微控制器和接口，内置热源、 微传感器以及微控制器组成该全自动可折叠扑翼的控制系统，实现对该可折 叠扑翼的状态控制。控制系统通过接口获取能源并实现与飞行器的数据交换。

本发明的初始状态为完全折叠状态，翅基内部的液腔与薄膜软管、圆柱滑 块共同形成一个密闭容器，在填充液体后，成为一个简易的液压系统。当需 要展开扑翼时，微型飞行器将指令通过接口传递给微控制器，微控制器控制 内置热源对液体加热；液体受热体积膨胀，由于受容器壁的限制作用，其内 部的压力将会升高，并推动圆柱滑块克服弹力线的弹力移动，弹力线受拉伸 长，可折叠扑翼在第一弹性铰链的弹力作用下逐渐展开。当扑翼完全展开后， 微传感器将信号反馈给微控制器，微控制器调整内置热源的加热状态，使扑 翼保持展开。

折叠过程：

当翅膀需要折叠时，内置热源停止加热，液体温度降低，体积减小， 压力逐渐恢复，圆柱滑块在弹力线的弹力作用下逐渐回复到初始位置，圆柱 滑块通过无弹性拉索拉动第二翅脉绕第一弹性铰链旋转，可折叠扑翼逐渐折 叠。

本发明的有益效果：

1.可折叠扑翼在不飞行时处于折叠状态，减小了扑翼的面积，有助于减小 微型飞行器的携带尺寸，降低扑翼的受损风险；

2.利用模块化设计思想将驱动装置、控制系统以及折叠系统都封装在可折 叠扑翼内部，扑翼与机身之间通过接口完成能源输送和信息交换，使飞行器 的飞行相关运动与扑翼的折叠展开运动相互分离，大大简化了飞行器机体的 结构；

3.扑翼与机身之间通过接口连接，只要接口相互匹配便可实现扑翼的更 换，提高了微型飞行器的通用性和零部件的互换性，便于零部件的更换，提 高了微型飞行器的使用寿命；

4.扑翼上的控制系统可以与飞行器机体之间实现信息共享，使飞行器可 以根据需要实时调控扑翼的状态，有利于提高飞行器的操作性和飞行能力。

附图说明

图1为本发明完全展开状态的结构示意图。

图2为本发明完全折叠状态的结构示意图。

图3为本发明的局部剖切结构示意图。

图4为图3中的A处局部放大示意图。

其中：1-翅基；2-第一翅脉；6-第二翅脉；7-第三翅脉；9-第四翅脉；3-无 弹性拉索；4-第一弹性铰链；8-第二弹性铰链；5-翅膜；10-内置热源；11-微 传感器；12-微控制器；13-接口；14-薄膜软管；15-弹力线；16-圆柱滑块；B- 注液口；C-孔；D、F、G-固定点；E-出液管。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明包括翅基1、第一翅脉2、第 二翅脉6、第三翅脉7、第四翅脉9、无弹性拉索3、第一弹性铰链4；第二弹 性铰链8、翅膜5、内置热源10、微传感器11、控制器12、接口13、薄膜软 管14、弹力线15以及圆柱滑块16；

所述翅基1内部设有液腔，液腔与注液口B和出液管E连通，第一翅 脉2安装于出液管E上，第一弹性铰链4安装于第一翅脉2上，第二翅脉6 通过第一弹性铰链4与第一翅脉2连接，多条第四翅脉9安装于翅基1上， 多条第四翅脉9放射状分布，第三翅脉7通过第二弹性铰链8与临近第一翅 脉2的第四翅脉9连接；翅膜5固定在第一翅脉2、第二翅脉6、第三翅脉7 和第四翅脉9上。

如图3所示，所述第一翅脉2包括圆形导管和支架，圆形导管和支架之间 形成角度；如图4所示，薄膜软管14和圆柱滑块16安装于第一翅脉2的圆 形导管内，其中薄膜软管14一端固定在出液管E的管壁上，薄膜软管14另 一端固定在圆柱滑块16的端面上；弹力线15一端固定于圆柱滑块16的端面 圆心固定点F处，弹力线15另一端穿过出液管E固定于翅基1的液腔内壁。 如图3和图4所示，第一翅脉2的支架上开有孔C，无弹性拉索3一端固定 在第二翅脉6上的固定点D处，无弹性拉索3另一端穿过孔C固定于圆柱滑 块16上的固定点F处。

内置热源10、微传感器11、微控制器12和接口13构成控制系统，内置 热源10和微传感器11位于翅基1的液腔内，微控制器12设置在翅基1上。

本发明的展开原理：

密闭容器内即翅基1内的液体受热后体积膨胀，由于受到容器壁的限制作 用，其内部的压力将会升高，从而推动圆柱滑块16克服弹力线15的弹力移 动，使无弹性拉索3对第二翅脉6的拉力减小，进而使第一弹性铰链4受到 的弯矩减小，可折叠扑翼在第一弹性铰链4的弹力作用下逐渐展开。

本发明的折叠原理：

密闭容器内即翅基1内的液体温度逐渐降低后，其体积缩小，压力逐渐恢 复，圆柱滑块16在弹力线15的弹力作用下逐渐回复到初始位置，圆柱滑块 16通过无弹性拉索3拉动第二翅脉6绕第一弹性铰链4旋转，可折叠扑翼逐 渐折叠。

展开和折叠过程实现：

展开过程：

本发明在翅基1内设有内置热源10、微传感器11、微控制器12和接口13， 内置热源10、微传感器11以及微控制器12组成该全自动可折叠扑翼的控制 系统，实现对该可折叠扑翼的状态控制。控制系统通过接口13获取能源并实 现与飞行器的数据交换。

本发明的初始状态为完全折叠状态，如图3所示。翅基1内部的液腔与薄 膜软管14、圆柱滑块16共同形成一个密闭容器，在填充液体后，成为一个简 易的液压系统。当需要展开扑翼时，微型飞行器将指令通过接口13传递给微 控制器12，微控制器12控制内置热源10对液体加热；液体受热体积膨胀， 由于受容器壁的限制作用，其内部的压力将会升高，并推动圆柱滑块16克服 弹力线15的弹力移动，弹力线15受拉伸长，可折叠扑翼在第一弹性铰链4 的弹力作用下逐渐展开。当扑翼完全展开后，微传感器11将信号反馈给微控 制器12，微控制器12调整内置热源10的加热状态，使扑翼保持展开。

折叠过程：

当翅膀需要折叠时，内置热源10停止加热，液体温度降低，体积减小， 压力逐渐恢复，圆柱滑块16在弹力线15的弹力作用下逐渐回复到初始位置， 圆柱滑块16通过无弹性拉索3拉动第二翅脉6绕第一弹性铰链4旋转，可折 叠扑翼逐渐折叠。