[01178555]一种双驱类扑翼飞行器

①课题来源与背景：本成果来源于国家自然科学基金项目（51375014）,属于扑翼飞行器技术领域,具体涉及一种活动翼近似单向扑动的双驱类扑翼飞行器。类扑翼飞行器是通过活动翼主动运动能像昆虫一样产生升力和机动性控制的飞行器,它比固定翼飞机具有更强的机动性,起飞和降落不需要跑道,可以垂直起降、低速飞行或悬停,适应在复杂的空间中飞行。一般的旋翼直升机和固定翼垂直起降飞机,虽然具有类扑翼飞行器的功能,但它们的机械结构和控制机构复杂,造价高。公知的扑翼飞行器（CN201380963Y）有一对扑翼上、下拍动产生升力,同时扑翼可变换运动姿态以改变升力方向,扑翼上方设有一个螺旋桨以提高升力,因此,其控制系统既要控制螺旋桨的转动,又要控制扑翼的拍动,飞行器控制机构较复杂。公知的类扑翼飞行器（CN102582832B）在机体两侧设有四个半转翼,主动力由锥齿轮传动分配给机体两侧的半转翼产生推进力。两个控制电机分别通过销齿轮-凸轮机构改变半转翼的初始方位,从而改变推进力的方向。因此,其机体两侧的推进力大小不可调节,不利于飞行方向的控制。同时,销齿轮-凸轮机构径向尺寸大,啮合要求高,使该飞行器存在结构不紧凑,造价高,可利用空间小的问题。公知的一种仿鸟扑翼机构（CN104192307A）在机架两侧设有两个半转翼,两个半转翼反向同步转动产生推进力。两个控制电机分别通过锥齿轮传动改变半转翼的初始方位来改变推进力的方向,克服了类扑翼飞行器的不足。然而,该机构采用平衡块来部分抵消半转翼转动时产生离心力,机构的动平衡性能较差,且平衡块增加了机构的自重。因此,开发一种新型的扑翼飞行器,克服现有飞行器结构和控制机构复杂、机动性不良、可利用空间小、造价高等不足,具有重要的理论意义和应用前景。 ②技术原理及性能指标： 双驱类扑翼飞行器由机架、机身、右转动箱、左转动箱、左电机、右电机、左舵机、右舵机、左翼和和右翼等零部件组成,左电机通过传动齿轮驱动左翼的顺时针旋转产生飞行器左侧的推力,同时,右电机驱动右翼的逆时针旋转产生飞行器右侧的推力,改变电机转速可调节推力大小。由于机体同侧的两个转翼相位差为90°,因此产生的气动推力的叠加效果使推力波动减小。左舵机改变左翼相对于机体的初始方位,从而改变飞行器左侧推力方向,而右舵机改变右翼B2相对于机体的初始方位,改变飞行器右侧推力的方向。左、右舵机不工作时,推力方向保持不变。由于调节转翼的初始方位可在转动箱转动的同时实现,且调节过程中,负载和转动惯量小,因此,推力方向调节灵敏,反应快,操作轻便。左、右电机转速相同时,机体两侧的推力大小相同,合力作用点位于机体重心的上方,当两侧推力的方向平行向下时,改变推力大小能够实现飞行器的平稳升降。当飞行器平稳上升至一定高度时,左、右舵机工作使机体两侧的推力相对于机体同时向后或向前偏转相同的角度,将产生推动机体向前或向后的分力使飞行器前进或后退。如果机体一侧的推力向前偏转的同时,另一侧推力向后偏转,其垂直分力与重力平衡,而水平分力形成转向力偶矩,使机体产生转向运动。推力方向不变时,也可以改变推力大小来调整飞行方向。如果推力垂直向下,机体左侧推力减小,机体向左侧倾,导致向左侧方向飞行;反之,机体右侧推力小于左侧推力,机体向右侧倾,飞行器将向右侧方向飞行。 ③技术的创造性与先进性：双驱类扑翼飞行器能实现垂直升降、水平前进与后退、水平左、右横移、空中悬停、灵活转向等功能。四转半转翼位于机体两侧,机身可利用空间大;转动箱关于回转轴线对称,动平衡性能好。机体两侧的推力大小可独立调节,推力方向可在360°范围内高速调节,飞行器的机动性能强,有利于在复杂环境下升降和水平飞行的控制。推力方向控制机构位于转动箱的内部,结构紧凑,传动机构简单、可靠性高,制造成本低。具有传动机构简单、控制机构占用空间小,机身两侧的气动力大小和方向都可灵活调节等特点, ④技术的成熟程度,适用范围和安全性：双驱类扑翼飞行器比固定翼飞机具有更强的机动性,起飞和降落不需要跑道,可以垂直起降、低速飞行或悬停,适应在复杂的空间中飞行,适用于低空作业、低空侦查与情报收集等活动。本成果经过前期的设计研究,形成了比较完整的技术文件,研制了试验样机并进行了实验研究,发表了相关学术论文,目前双驱类扑翼飞行器处于实验样机研究阶段,同时,正积极与相关企业合作进行实际应用开发。