技术领域
[0001] 本
发明属于飞行器技术领域，尤其涉及一种复合式飞行器，特别是一种复合式飞行器的扑动机构。
背景技术
[0002] 现有的复合式飞行器大多采用固定翼与旋翼复合，旋翼产生前向推
力。然而旋翼运动过程中会产生的大的
气动噪声，隐蔽性差，并且可能造成严重的噪声污染。
[0003] 现有的扑翼飞行器的研究几乎都集中于中小型扑翼机，大型扑翼机机构设计方面暂无太多研究。采用固定翼-扑翼复合式布局的飞行器，其飞行过程中固定翼翼段始终产生比较稳定的升力，左右扑翼上下扑动产生周期变化的升力和足够的前向推力。
[0004] 现有的扑翼飞行器由于尺寸小，结构受力较小，采用的扑动机构无需特别注意结构强度
刚度、
稳定性以及功率等方面的要求，因此现有的扑翼机几乎都是整段机翼同时扑动，以产生足够的升力和推力。但由于结构强度、功率以及舒适性等方面的要求，大型扑翼机很难整段机翼同时扑动。
[0005] 当扑翼尺寸增大后，传统扑翼飞行器传动
连杆长度增加并且受力增大，连杆很容易出现压杆失稳的现象。传统扑翼扑动一个周期内的升力变化较大，由于大型扑翼机尺寸、重量的限制，扑翼机的扑动
频率也会大大减小，导致传统布局的扑翼飞行器飞行过程中会出现明显的上下颠簸的现象。
[0006] 现有扑翼飞行器关于扑翼滑翔
锁定的机构设计很少，设计出来的锁定装置依靠与
齿轮的直接冲击作用使得齿轮停止转动，仅适用于速度较低、
电机扭矩较小的常规扑翼飞行器。
发明内容
[0007] 本发明立足于飞行安全性，旨在合理设计固定翼-扑翼复合式飞行器扑动机构，降低各机构的结构受力，增加结构稳定性，实现大型飞行器扑动过程中左右两侧扑翼对称扑动以及
滑翔飞行和着陆过程中的扑翼锁定。本发明的具体技术方案如下：
[0008] 一种复合式飞行器的扑动机构，其特征在于，包括
机架、翼面、传动模
块、扑翼锁定模块和
尾翼，其中，
[0009] 所述机架呈钝
角三角形，机翼前梁构成钝角的两条边、机翼主梁为钝角的对边，
机身主轴固定在所述机翼主梁的中点，所述尾翼安装在所述机身主轴的末端，所述扑翼主梁与所述机翼主梁通过金属销A铰接；
[0010] 所述翼面包括粘接固定在所述机身主轴和所述扑翼主梁上的扑翼翼面，粘接固定在所述机翼前梁、所述机翼主梁和所述机身主轴上的固定翼翼面；
[0011] 动力组整流罩固定在所述机架中部的所述机翼主梁和所述机身主轴的交叉点；
[0012] 所述传动模块包括圆柱固定套筒、长连杆、金属
摇臂、球铰、金属销A、金属销B，以及安装在所述动力组整流罩内部的左侧随动齿轮、右侧随动齿轮、电机齿轮、固定夹片、卡槽、固定柱B、齿轮固定座、
驱动电机，其中，所述动力组整流罩两侧分别固定安装所述圆柱固定套筒，所述长连杆穿过所述圆柱固定套筒内部，所述驱动电机、所述左侧随动齿轮、所述右侧随动齿轮和所述电机齿轮均固定在所述齿轮固定座上，所述左侧随动齿轮和所述右侧随动齿轮上均固定安装所述固定柱B，所述固定柱B穿过长连杆近机身侧末端的所述卡槽，通过套在所述固定柱B两端的所述固定夹片限制所述长连杆在垂直于自身轴线方向的运动；
[0013] 所述电机齿轮与所述右侧随动齿轮
啮合，所述右侧随动齿轮与所述左侧随动齿轮啮合，所述左侧随动齿轮和所述右侧随动齿轮保持同
相位反向转动，固定柱B带动所述卡槽运动，进而带动所述长连杆沿所述圆柱固定套筒的轴线方向往复运动，通过所述球铰带动所述金属摇臂运动，所述金属摇臂通过所述金属销B与所述扑翼主梁铰接，进而带动所述扑翼主梁绕着铰接处的金属销A上下扑动；
[0014] 所述扑翼锁定模块安装在所述动力组整流罩内部，包括感应磁
铁、感应模块、控
制模块、
挡板、
弹簧套筒、圆柱套筒、固定柱A、弹簧、圆环状限位片、限位环，其中，所述弹簧套筒内部中心与所述弹簧的上端
焊接固定，所述弹簧的下端穿过所述圆柱套筒与所述挡板的中心焊接固定，所述圆环状限位片通过
螺纹固定在所述弹簧套筒内部下方，所述限位环固定在所述圆柱套筒上方外部，所述圆环状限位片与所述限位环共同限制所述圆柱套筒的向下运动范围，所述感应组件和所述控制组件分别固定在所述动力组整流罩内部；
[0015] 所述扑翼机构在扑动状态下，所述电机齿轮逆
时针转动，带动所述右侧随动齿轮顺时针转动，所述左侧随动齿轮逆时针转动，固定在所述左侧随动齿轮和所述右侧随动齿轮上的所述固定柱A与所述挡板
接触后压缩所述弹簧向上运动一段距离后，所述挡板与所述固定柱A分离，所述左侧随动齿轮和所述右侧随动齿轮继续正常运动；所述弹簧推动所述挡板与所述圆环状限位片与所述限位环共同作用，将所述挡板恢复到原来
位置；当所述扑翼机构需要锁定时，所述控制组件向所述驱动电机发送指令使以较小功率反转，所述右侧随动齿轮逆时针转动，所述左侧随动齿轮顺时针转动，所述固定柱A与所述挡板接触后拉伸所述弹簧直至所述圆环状限位片与所述限位环接触，固定在所述左侧随动齿轮和所述右侧随动齿轮上的感应
磁铁运动到所述感应组件所在的位置，所述感应组件向所述控制组件发送
信号，所述控制组件接收到持续信号后使驱动电机停止工作，所述扑翼机构锁定处于滑翔状态。
[0016] 进一步地，所述动力组整流罩与所述圆柱固定套筒一体加工成型。
[0017] 本发明的有益效果在于：
[0018] 1.在飞行器滑翔阶段将扑动机构锁定，以获得更稳定的升力以及更高的气动效率，可以大大提高飞行器的航程与航时，节约
能源；
[0019] 2.本发明的复合式飞行器的扑动机构相比常规扑翼扑动机构增加了圆柱固定套杆，用以约束扑动机构中最长的连杆，使其只能沿轴向运动，防止连杆由于受力过大发生压杆失稳；同时在飞行器扑动时使飞行器左右两侧扑动机构保持相同扑动状态，使机翼两侧受力平衡，防止飞行过程由于飞行状态、环境、大气扰动等因素使飞行器发生侧翻；
[0020] 3.本发明的复合式飞行器的扑动机构结构简单，降低结构最大受力，符合大型飞行器设计强度、刚度要求，飞行舒适性更好。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0022] 图1是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的仰视图；
[0023] 图2是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的背视图；
[0024] 图3是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的背视图-右半部分放大图；
[0025] 图4是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的金属摇臂结构图；
[0026] 图5是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的传动模块结构图；
[0027] 图6是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的扑翼锁定模块结构图；
[0028] 图7是本发明的一种复合式飞行器的扑动机构的传动模块放大斜视图。
[0029] 附图标号说明：
[0030] 1-扑翼翼面；2-固定翼翼面；3-机翼前梁；4-动力组整流罩；5-机翼主梁；6-尾翼；7-机身主轴；8-圆柱固定套筒；9-长连杆；10-金属摇臂；11-扑翼主梁；12-球铰；13-金属销A；14-金属销B；15-左侧随动齿轮；16-右侧随动齿轮；17-感应磁铁；18-感应模块；19-
控制模块；20-电机齿轮；21-固定夹片；22-卡槽；23-挡板；24-弹簧套筒；25-圆柱套筒；26-固定柱A；27-固定柱B；28-弹簧；29-齿轮固定座；30-圆环状限位片；31-限位环。
具体实施方式
[0031] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033] 由于传统扑翼飞行器尺寸很少涉及大型飞行器，而且几乎都是
无人飞行器，因而对于扑翼的安全性以及舒适性考虑较少，引入扑动锁定机构会带来额外的结构重量，对于传统扑翼飞行器而言得不偿失。考虑到固定翼模态下飞行器可以获得更稳定的升力以及更高的气动效率，有益于飞行器降落以及提高飞行器航程航时，本发明提出的扑动机构可以在飞行器扑动过程中锁定扑翼。
[0034] 具体的，如图1-3所示，一种复合式飞行器的扑动机构，其特征在于，包括机架、翼面、传动模块、扑翼锁定模块和尾翼6，其中，机架呈钝角三角形，机翼前梁3构成钝角的两条边、机翼主梁5为钝角的对边，机身主轴7固定在机翼主梁5的中点，尾翼6安装在机身主轴7的末端，扑翼主梁11与机翼主梁5通过金属销A13铰接；
[0035] 翼面包括粘接固定在机身主轴7和扑翼主梁11上的扑翼翼面1，粘接固定在机翼前梁3、机翼主梁5和机身主轴7上的固定翼翼面2；
[0036] 动力组整流罩4固定在机架中部的机翼主梁5和机身主轴7的交叉点；
[0037] 如图4、图5和图7所示，传动模块包括圆柱固定套筒8、长连杆9、金属摇臂10、球铰12、金属销A13、金属销B14，以及安装在动力组整流罩4内部的左侧随动齿轮15、右侧随动齿轮16、电机齿轮20、固定夹片21、卡槽22、固定柱B27、齿轮固定座29、驱动电机，其中，动力组整流罩4两侧分别固定安装圆柱固定套筒8，长连杆9穿过圆柱固定套筒8内部，驱动电机、左侧随动齿轮15、右侧随动齿轮16和电机齿轮20均固定在齿轮固定座29上，左侧随动齿轮15和右侧随动齿轮16上均固定安装固定柱B27，固定柱B27穿过长连杆9近机身侧末端的卡槽
22，通过套在固定柱B27两端的固定夹片21限制长连杆9在垂直于自身轴线方向的运动；
[0038] 电机齿轮20与右侧随动齿轮16啮合，右侧随动齿轮16与左侧随动齿轮15啮合，左侧随动齿轮15和右侧随动齿轮16保持同相位反向转动，固定柱B27带动卡槽22运动，进而带动长连杆9沿圆柱固定套筒8的轴线方向往复运动，通过球铰12带动金属摇臂10运动，金属摇臂10通过金属销B14与扑翼主梁11铰接，进而带动扑翼主梁11绕着铰接处的金属销A13上下扑动；现有的扑翼飞行器尺寸小、结构受力较小，采用的扑动机构无需特别注意结构强度、刚度与稳定性的要求。当扑翼尺寸增大后，连杆长度增加并且受力增大，很可能会出现压杆失稳的现象。因此，本发明的扑动机构限制长连杆9在垂直于自身轴线方向运动，避免长连杆9出现失稳现象。
[0039] 如图6所示，扑翼锁定模块安装在动力组整流罩4内部，包括感应磁铁17、感应模块18、控制模块19、挡板23、弹簧套筒24、圆柱套筒25、固定柱A26、弹簧28、圆环状限位片30、限位环31，其中，弹簧套筒24内部中心与弹簧28的上端焊接固定，弹簧28的下端穿过圆柱套筒
25与挡板23的中心焊接固定，圆环状限位片30通过螺纹固定在弹簧套筒24内部下方，限位环31固定在圆柱套筒25上方外部，圆环状限位片30与限位环31共同限制圆柱套筒25的向下运动范围，感应组件18和控制组件19分别固定在动力组整流罩4内部；
[0040] 扑翼机构在扑动状态下，电机齿轮20逆时针转动，带动右侧随动齿轮16顺时针转动，左侧随动齿轮15逆时针转动，固定在左侧随动齿轮15和右侧随动齿轮16上的固定柱A 26与挡板23接触后
压缩弹簧28向上运动一段距离后，挡板23与固定柱A26分离，左侧随动齿轮15和右侧随动齿轮16继续正常运动；弹簧28推动挡板23与圆环状限位片30与限位环31共同作用，将挡板23恢复原来位置；当扑翼机构需要锁定时，控制组件19向驱动电机发送指令使以较小功率反转，右侧随动齿轮16逆时针转动，左侧随动齿轮15顺时针转动，固定柱A26与挡板23接触后
拉伸弹簧28直至圆环状限位片30与限位环31接触，固定在左侧随动齿轮15和右侧随动齿轮16上的感应磁铁运动到感应组件18所在的位置，感应组件18向控制组件19发送信号，控制组件19接收到持续信号后使驱动电机停止工作，扑翼机构锁定处于滑翔状态。由于扑翼锁定飞行过程中，扑翼始终受到向上的力，会通过金属摇臂10与长连杆9使右侧随动齿轮16保持逆时针运动趋势，左侧随动齿轮15保持顺时针运动趋势，进一步保证扑动机构滑翔
姿态机翼位置锁定。
[0041] 动力组整流罩4与圆柱固定套筒8一体加工成型。
[0042] 本发明采用的固定翼-扑翼复合式布局相比于相同升力下的扑翼飞行器，本发明的复合式飞行器扑翼翼段面积较小，因此结构受到的气动
载荷和振动较小，对于大型飞行器也可符合设计强度、刚度要求。由于固定翼翼段的存在，使得该飞行器相较于传统扑翼飞行器的升推力变化幅度更小，因此飞行器飞行过程中抖动幅度也更小，舒适性更好。在飞行器滑翔阶段可以将扑动机构锁定成固定翼模态，提高飞行器气动效率，延长航程和航时，并且能够在固定翼模态下拥有更稳定的升力。同时，大大减小飞行过程中的气动噪声。
[0043] 本发明是一种新式布局复合式飞行器的扑动机构设计方案，适合大型飞行器机构设计，同样适用于小型无人飞行器。该复合式飞行器是一种综合固定翼飞行器和扑翼飞行器各自优点，弥补各自性能
缺陷的新式飞行器。它既可以具备固定翼高速飞行的能力，又可以具备扑翼飞行器低噪声、低
雷诺数下气动效率高等特点，使得其具备良好的发展前景。
[0044] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0045] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征
水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0046] 在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0047] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
