一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构

1.本发明涉及扑翼飞行器的机翼及驱动结构领域，具体涉及一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构。


背景技术：

2.扑翼飞行器是一种仿生学的飞行器，它的设计灵感来自于鸟类的飞行方式。与传统的固定翼扑翼飞行器不同，仿生折叠翼扑翼飞行器通过在飞行中折叠其翼形来产生升力和推力，从而实现飞行。在鸟类飞行时，翅膀会产生折叠，使其能获得更好的气动效果。仿生扑翼飞行器在飞行过程中也要通过一些结构的变化来提升其本身的气动特性。目前国内外已经在扑翼飞行器的机翼的结构方面有了一定的研究。如2022年广西大学蔡毓在“折叠翼飞行器设计与气动仿真分析”论文中介绍了一种“拍打－折叠”扑翼机构，实现机翼在拍打的同时能垂直于体轴方向进行折叠运动，并经行了气动分析。2022年西班牙塞维利亚大学cristina ruiz等人在“optimal elastic wing for flapping-wing robots through passive morphing”论文中介绍了一种具有可变形机翼的扑翼飞行器，通过实验发现其升力提高了16％。
3.然而，目前对变形翼扑翼飞行器的研究大多数是在垂直于体轴面内进行变形，平行于体轴所在平面内的变形极少，且在动物飞行过程翅膀在平行与体轴平面内的折叠运动真实存在。现有扑翼飞行器能在体轴平面内的机翼折叠机构大多数复杂，质量大，且需要添加除驱动扑动机构以外的驱动元件，相比无折叠功能的扑翼飞行器，需要增加很多的质量来实现机翼的折叠运动和控制，使得飞行器飞行过程中的机翼的产生的惯性力较大，不利于飞行的稳定性、折叠扑动相互协调的控制和降低扑翼飞行器的能耗。


技术实现要素：

4.本发明针对以上问题，提出了一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，采用一个驱动元件实现扑翼飞行器扑动和机翼展开。
5.本发明的技术方案为：所述仿生扑翼飞行器包括机身、一对折叠机翼、v型尾翼，一对折叠机翼和v型尾翼分别对称的分布在扑翼飞行器的机身两侧；
6.所述折叠机翼包括与机身相连的翼杆(2)以及连接在翼杆(2)上的翼膜(1)；
7.所述翼杆(2)包括机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)，所述机翼杆一(3)的中部和机翼杆二(4)的中部铰接，所述外翼杆二(6)的根部铰接所述机翼杆一(3)，所述外翼杆一(5)的两端则分别铰接机翼杆二(4)和外翼杆二(6)，使得机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者之间形成一菱形；采用此菱形机构实现机翼的折叠，结构简单质量轻，相比复杂的机翼折叠机构有利于减小机翼在扑动和折叠过程中所产生的惯性力，从而有利于飞行器飞行的稳定性。
8.在机身上铰接有可以上下翻转的连接件一(8)，所述机翼杆二(4)的根部铰接在连接件一(8)上，并且机翼杆二(4)可以相对于连接件一(8)前后摆动；
9.在所述机身上还固定连接有沿其长度方向设置的杆件(11)，在所述杆件(11)上套装有与其滑动相连的连接件三(10)，所述连接件三(10)上铰接有可以上下翻转的连接件二(9)，所述机翼杆一(3)的根部铰接在连接件二(9)上，并且机翼杆一(3)可以相对于连接件二(9)前后摆动；这样，当机翼杆二(4)相对于机身上下摆动时，由于机翼杆一(3)的根部与机身处在自由上下翻转的状态，因此，机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者也将做出同步的上下翻转；而当机翼杆一(3)的根部和机翼杆二(4)的根部之间的间距出现变化，即当连接件三(10)在杆件(11)上滑动时，受菱形结构影响，将使得机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者可以同步向内收缩或同步向外展开；
10.所述仿生扑翼飞行器还包括固定安装在所述机身上的电机(12)，与电机(12)保持联动的齿轮六(19)，连接在齿轮六(19)和机翼杆一(3)之间的连接杆二(21)，以及连接在齿轮六(19)和连接件三(10)之间的连接杆一(20)；
11.所述齿轮六(19)垂直于机身的长度方向布置，并且其中心转动连接在机身上，所述连接杆二(21)的一端通过球面铰活动连接在齿轮六(19)的表面上，另一端则通过球销铰活动连接所述连接件一(8)，所述连接杆一(20)的两端则直接铰接齿轮六(19)的表面以及连接件三(10)。这样，当电机收到信号开始旋转之后，将带动齿轮六(19)绕自身轴心旋转，此后，齿轮六19、连接杆二21和连接件一8构成的扑动机构将在球铰结构的影响下使得连接件一8以及翼杆2整体做上下往复运动，而齿轮六19、连接杆一20和连接件三10构成的折叠机构，亦是一曲柄滑块机构，将使得连接件三10做出前后往复滑动，从而使得翼杆2整体折叠或展开。
12.最终，通过一个驱动元件实现了折叠与扑动，折叠和扑动驱动结构简单轻便，在飞行过程中，当机翼下扑时在机身两侧的机翼逐渐张开，增大其翼面的面积，从而提升其升力；当机翼上扑时在机身两侧的机翼逐渐折叠减少其翼面的面积，从而减少其上扑时带来的阻力，提升了扑翼飞行器在飞行过程中的气动特性，降低了飞行能耗。
13.此外本发明的机翼折叠机构较为简单，轻便，运用到扑翼飞行器上有利于减小因为增加折叠机构而带来的重量。减小折叠翼增加的重量有利于降低扑翼飞行器在飞行过程中由于机翼上下扑动和折叠运动而产生的惯性力，降低受机翼惯性力的影响飞行动作姿态发生突变的可能性，从而保证了飞行的稳定性，降低了飞行器需克服自身质量和运动惯性力而消耗的能量。本发明折叠机构能在不工作的状态下进行折叠，方便扑翼飞行器的收纳和运输。机翼的折叠和扑动采用同一驱动元件，通过巧妙的结构设计使飞行器机翼的折叠和扑动相互协调，减少了因为增加折叠机构而需要增加的额外的驱动元件及其电子设备的质量，避免了对单独驱动飞行器机翼折叠和扑动运动的驱动元件的协调控制设计。本发明中机翼及其折叠扑动机构，结构简单，便于设计和控制，质量小，在减小飞行器飞行中的惯性力，提升飞行的稳定性，降低飞行中的能耗有显著的作用。本发明的折叠翼结构对于负载能力小，尺寸较小的扑翼飞行器同样适用。
14.进一步的，所述翼膜(1)为超薄的tpu软膜，翼膜(1)的前沿粘贴在翼杆(2)的前缘上，随着翼杆结构的变化而发生折叠和展开。以左侧机翼为例，翼膜(1)的前沿从内向外分别粘贴在机翼杆二(4)、机翼杆一(3)、外翼杆二(6)的部分位于翼杆前缘的部分。在翼杆(2)的下方，还装有翼面支撑杆(49)、连接件四(50)、连接件五(51)用来固定翼面，从而保证翼面的气动效果。翼面支撑杆(49)的一端同时与机翼杆一(3)及外翼杆二(6)铰接，另一端与
翼膜(1)固定相连，所述连接件四(50)与机翼杆二(4)及外翼杆一(5)铰接，翼面支撑杆(49)贯穿连接件四(50)，并与其滑动连接。当翼杆(2)发生角度变化时，翼面支撑杆(49)与连接件四(50)可随之发生相对滑动。连接件五(51)固定安装在翼面支撑杆(49)上，且其上方与翼膜(1)粘连，起到固定作用。
15.进一步的，所述电机(12)和齿轮六(19)之间通过二级减速传动机构保持联动；二级减速齿轮总减速比为10；
16.所述二级减速传动机构包括齿轮一(13)、齿轮二(15)、齿轮三(16)、齿轮四(17)、齿轮五(18)、齿轮六(19)。齿轮三(16)固定连接在电机(12)的输出轴上，并且与齿轮五(18)相互啮合，实现一级减速。转动连接在机身上的齿轮一(13)、齿轮四(17)、齿轮五(18)同轴且相互固定，转速相同，可绕同一转轴轴二(27)转动。齿轮一(13)、齿轮四(17)对称安装在机身外侧，齿轮五(18)安装在机身内侧。齿轮二(15)、齿轮六(19)固定安装在同一转轴轴一(25)上，两齿轮对称安装在机身外侧，转速相同。齿轮一(13)与齿轮二(15)相互啮合，齿轮四(17)与齿轮六(19)相互啮合，实现二级减速。齿轮一(13)齿数为10、齿轮二(15)齿数为40、齿轮三(16)齿数为20、齿轮四(17)齿数为10、齿轮五(18)齿数为50、齿轮六(19)齿数为40，总减速比为10。
17.进一步的，所述电机(12)通过电调(47)进行转速控制，所述电调(47)则通过接收机(46)输入接收的控制信号，所述电机(12)、电调(47)、接收机(46)均通过电池(44)供电，所述电机(12)、电调(47)、接收机(46)固定布置在机身的一侧，所述电池(44)则布置在机身的另一侧。从而使得扑翼飞行器机身两侧的质量分布更为平衡。
18.进一步的，所述v型尾翼上由一对尾翼组成，在所述尾翼的尾部铰接有尾翼舵面，并且在所述尾翼上设有用于驱动尾翼舵面的舵机，所述舵机也连接接收机。
19.所述扑翼飞行器飞行姿态的控制主要由接收机(46)发出的信号控制，整个扑翼飞行器的机载电子设备包括接收机(46)、电调(47)、电机(12)、电池(44)、舵机一(33)和舵机二(37)，飞手根据扑翼飞行器的飞行任务和飞行姿态通过飞行遥控器发出2.4g信号，由接收机(46)接收，接收机(46)再传送给其他电子设备，通过信号的传递可以实现电机转速、舵机角度的变化，最终调整扑翼飞行器的飞行速度和飞行姿态。
20.本发明采用一个驱动完成扑翼飞行器机翼的扑动和翼面内的折叠，同时巧妙地实现了机翼折叠和扑动运动的协调配合，使得在机翼上扑时翼面折叠，下扑时翼面展开；避免为了实现机翼的折叠和扑动的协调运动对机翼折叠和扑动分别驱动的驱动元件需要进行的复杂控制设计，同时达到了提升机翼上扑极限角度，提高翼面内开合的折叠尺度，在上扑过程中减小翼面尺寸有利于减小机翼扑动阻力，三段式机翼结构与鸟类骨骼结构更类似，仿生性更强的技术效果。本发明主要采用电机驱动齿轮，经过二级减速通过球面副、球销副驱动机翼。驱动机构齿轮同时带动一个曲柄滑块机构实现直线移动从而在扑翼飞行器机翼在扑动的基础上完成折叠运动。机翼折叠采用菱形机构，结构简单，质量轻。在本发明尾部采用v型尾翼结构简单，易于控制；机身采用碳纤维板，质量轻。整个驱动和折叠结构有效解决了扑翼飞行器扑动阻力大，克服了扑翼飞行器负载能力有限的问题。
21.本发明采用一个驱动元件同时实现机翼扑动和体轴平面内折叠的仿生驱动和三段折叠机构，通过对家鸽飞行过程中姿态进行记录，本结构设计的三段翼与家鸽飞行时翅膀的折叠极为相似，仿生性较强。本发明机翼结构简单，采用的碳纤维杆价格低且质量轻能
解决扑翼飞行器飞行时负载能力低、复杂折叠结构质量大产生惯性力大，影响到飞行稳定性的难题。在扑翼飞行器飞行气动方面，本发明实现的扑动和折叠配合运动，有效的解决了降低扑翼飞行器机翼上扑时阻力大，浪费能量的难题。
22.本发明具有以下有益效果：
23.一、根据鸟类飞行时翅膀的变化设计了仿生翼面及其折叠扑动结构，具有良好的气动性能。在设计折叠结构的基础上设计了驱动结构和控制方案并使用在扑翼飞行器上，为提升扑翼飞行器的飞行性能提供了一种可靠方案。
24.二、本发明的机翼折叠结构完全模仿鸟类的骨骼，机翼的三段式结构与鸟类的三段式骨骼较为类似。翼膜与机翼杆完全贴合，其变化姿态与机翼杆的变化姿态完全一致。
25.三、本发明将机翼的折叠和扑动结合在一个驱动元件上，采用一个驱动机构实现扑翼飞行器扑动和机翼折叠的协调运动，减少了扑翼飞行器需要搭载的原动件个数，减少了需要增加的机载电子设备的重量，避免了复杂的控制设计，驱动结构可运用到扑翼飞行器的设计方案中。
26.四、本发明扑翼飞行器的机翼的折叠量和扑动的幅度可通过改变结构中机翼杆的杆长和驱动中连接杆的杆长来实现变化，可适用于不同尺寸的类似功能扑翼飞行器，有利于提升一定的飞行气动性能。
27.五、本发明的仿生翼面及其折叠扑动结构和控制简单，在一定程度上增强了扑翼飞行器机翼的下扑升力，实现了扑翼飞行器机翼翼面内的折叠，减小了扑翼飞行器机翼的上扑阻力，提升了机翼上扑极限角度；简单、轻便的机翼折叠结构有利于降低扑翼飞行器的机翼质量，在飞行过程中有利于降低由机翼扑动和折叠所产生的惯性力，减小由惯性力太大而引起的飞行器飞行姿态和速度的突变，提高飞行器飞行稳定性，降低飞行器的能耗，为不同尺寸的扑翼飞行器，尤其是小型扑翼飞行器的设计和提升气动性能提供了一种有效的设计方案。
附图说明
28.图1是本案中扑翼飞行器的结构示意图，
29.图2是本案中扑翼飞行器的左侧机翼骨架结构示意图，
30.图3a是本案中扑翼飞行器机翼张开最大时的左侧机翼根部结构示意图，
31.图3b是本案中扑翼飞行器机翼张开最小时的左侧机翼根部结构示意图，
32.图4是本案中扑翼飞行器的右侧驱动结构示意图，
33.图5是本案中扑翼飞行器的左侧驱动结构示意图，
34.图6a是本案中扑翼飞行器二级减速组左侧示意图，
35.图6b是本案中扑翼飞行器二级减速组右侧示意图，
36.图7是本案中扑翼飞行器的尾翼结构示意图，
37.图8是本案中扑翼飞行器机翼水平张开时的参考图，
38.图9是本案中扑翼飞行器机翼水平张开时机翼翼杆参考图，
39.图10是本案中扑翼飞行器机翼完全张开时的参考图，
40.图11是本案中扑翼飞行器机翼完全张开时机翼翼杆参考图
41.图12是本案中扑翼飞行器机翼完全折叠时的参考图，
42.图13是本案中扑翼飞行器机翼完全折叠时机翼翼杆参考图
43.图中1是翼膜，2是翼杆，3是机翼杆一，4是机翼杆二，5是外翼杆一，6是外翼杆二，7是销钉，8是连接件一，9是连接件二，10是连接件三，11是杆件，12是电机，13是齿轮一，14是螺母一，15是齿轮二，16是齿轮三，17是齿轮四，18是齿轮五，19是齿轮六，20是连接杆一，21是连接杆二，22是连接杆三，23是连接杆四，24是螺母二，25是轴一，26是螺母三，27是轴二，28是螺母四，29是电机座，30是螺钉，31是螺母五，32是尾翼一，33是舵机一，34是舵机臂一，35是拉杆一，36是舵角一，37是舵机二，38是尾翼二，39是尾翼舵面一，40是舵机臂二，41是拉杆二，42是舵角二，43是尾翼舵面二，44是电池，45是左机身，46是接收机，47是电调，48是右机身，49是翼面支撑杆，50是连接件四，51是连接件五。
具体实施方式
44.为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
45.如图1-7所示，所述扑翼飞行器包括飞行器机身以及一对可折叠机翼、一对所述折叠机翼对称的设置在飞行器机身的两侧，所述机翼包括相连的翼杆2和翼膜1；
46.所述仿生翼面及其折叠扑动结构包括一对折叠机翼以及折叠机翼的驱动机构；所述折叠机翼位于扑翼飞行器两侧，折叠的变化面与机翼翼面平行；机翼膜的前缘与机翼杆相连，随机翼杆的运动而发生变化。机身两侧折叠翼沿飞行器机身对称设置，通过位于机身中间前方的驱动机构实现扑动和折叠的同步运动；
47.所述的仿生折叠翼面与家鸽飞行时的翅膀折叠方式类似，形状几乎一致；翼面未折叠时最大翼展为amax，翼面折叠时最小翼展为amin，弦长为b，其翼面折叠率s＝(amax-amin)/amax；折叠率s可通过机翼驱动机构中的杆件长度变化来实现变化，从而找到最合适的飞行器飞行参数；
48.在扑翼飞行器飞行过程中机身中部前方的驱动机构驱动机翼进行折叠和扑动，在机翼下扑过程中实现机翼的展开，在上扑过程中实现机翼的折叠，从而降低飞行时机翼上扑所产生的阻力；在扑翼飞行器飞行过程中机翼的最大翼展可以达到730mm，最小翼展可以减小到600mm左右。
49.所述仿生折叠翼的翼杆呈交叉布置，在连接处可实现转动，在机翼翼根位置翼杆与驱动机构连接；驱动机构通过电机输入动力经过二级减速，将运动通过曲柄连杆机构传递到机翼实现机翼翼面内的折叠；同时通过球副和球销副机构传递到机翼实现机翼的扑动；总体实现了采用同一驱动机构实现机翼的折叠和扑动运动。
50.本发明所设计的一种扑翼飞行器主要包括：驱动机构、扑动机构、折叠机构、机身、v型尾翼以及一对机翼。
51.如图4、5、8、9所示，本扑翼飞行器的机身包括左机身45和右机身48，两个机身呈对称分布，为实现驱动和控制在两个机身两侧和中间分布了驱动齿轮和电子设备等，机身是本扑翼飞行器的重要载体。在左机身45上安装了电机座29和电机12、电调47、接收机46等电子设备，其中电机12和电机座29通过螺钉30和螺母五31固定连接在左机身45上，接收机46和电调47通过魔术贴粘连在右机身48的后侧。为平衡扑翼飞行器机身两侧的质量分布，电池44安装在左机身45上。电池44通过魔术贴粘在左机身45后侧。
52.如图3、4、5所示，本扑翼飞行器的扑动机构和折叠机构的驱动机构为安装在机身两侧和中间的齿轮组。如图6所示，齿轮组由齿轮三16、齿轮五18、齿轮四17、齿轮一13、齿轮二15和齿轮六19组成，实现二级减速，减速比为10。齿轮三16固定安装在电机12的转轴上，与齿轮五18相互啮合实现第一级减速。齿轮四17、齿轮五18和齿轮一13安装在轴二27上，通过螺母一14和螺母四28固定。齿轮四17和齿轮一13对称安装在机身外侧，齿轮五18安装在机身内侧，且齿轮一13、齿轮四17、齿轮五18转速相同。齿轮一13和齿轮四17分别与齿轮二15和齿轮六19相互啮合实现第二级减速。齿轮六19和齿轮二15安装在轴一25上，通过螺母二24和螺母三26固定。
53.所述的机翼扑动机构主要安装在机身的左右两侧。在左机身45外侧的齿轮六19上通过球面副连接着连接杆二21的下端，连接杆二21的上端通过球销副连接着连接件一8。当齿轮六19在齿轮减速组的驱动下发生转动时，会带动连接杆二21运动，从而带动连接件一8绕着杆件进行上下转动。机身右侧的扑动机构由齿轮二15、连接杆四23和连接件等组成，与机身左侧的扑动机构对称布置，运动方式相同，不再详细赘述。本扑翼飞行器的扑动机构为空间机构，巧妙地将平行于飞行器机身方向的运动转化为出垂直机身方向的运动。
54.所述的机翼折叠驱动机构主要安装在机身的左右两侧，位于扑动机构的后方。在左机身45外侧的齿轮六19上通过转动副安装了连接杆一20的下端，连接杆一20的上端与连接件三10通过转动副连接，连接件三10与杆件11滑动连接可发生相对滑动。齿轮六19、连接杆一20、连接件三10和杆件11组成曲柄滑块结构。在齿轮六19的转动下，连接杆一20开始运动，推动连接件三10沿着杆件11开始滑动，从而带动连接件二9运动。连接件二9带动机翼杆一3和机翼杆二4的角度发生变化，最终实现机翼的折叠。机身右侧的折叠驱动机构由齿轮二15、连接杆三22和连接件等组成，与机身左侧的折叠驱动机构对称布置，运动方式相同，不再详细赘述。机翼折叠驱动机构为平面结构，与机翼扑动机构共用一个原动件，解决了需要增加原动件而给飞行器带来更多质量的问题。
55.如图2所示，机翼折叠结构主要由对称分布在两侧的机翼杆组成，左右两侧各有四根机翼杆。以机翼的左半部分为例，左侧机翼主要由机翼杆一3、机翼杆二4、外翼杆一5、外翼杆二6和多个销钉7组成。机翼杆一3和机翼杆二4、机翼杆二4和外翼杆一5、机翼杆一3和外翼杆二6之间都采用和销钉7相同的销钉进行连接。在下方的机翼杆件与销钉采用过盈配合，在上方的机翼杆件与销钉采用间隙配合，保证各连接处能实现自由的转动。当连接件二9发生移动时，会推动机翼杆一3和机翼杆二4的角度发生变化。当机翼杆一3和机翼杆二4角度变大时，机翼开始折叠，当角度变小时，机翼开始张开。机翼的右半部分与机身的左半部分机构相同，运动相同，机翼的左右两部分对称的分布在机身的两侧，机翼的右半部分不再详细赘述。
56.采用所述的机翼结构完全模仿飞行鸟类的三段式翅膀骨架，有利于提升扑翼飞行器的气动特性。
57.所述的机翼翼膜1为超薄的tpu软膜，粘贴在两侧机翼翼杆的前缘上。随着机翼翼杆结构的变化而发生折叠和展开，其质量轻，有利于飞行器搭载，柔韧性好，易于折叠。
58.如图7所示，所述扑翼飞行器的尾翼采用v型尾翼，其尾翼包括尾翼、舵机、尾翼舵面、拉杆、舵角等组成。以整个尾翼左侧为例，舵机一33平行安装在尾翼一32内部，舵机一33通过舵机臂一34拉动拉杆一35带动固定安装在尾翼舵面二43上的舵角一36使尾翼舵面二
43相对于尾翼一32发生转动。由尾翼二38、舵机二37、舵机臂二40、拉杆二41、舵角二42和尾翼舵面一39组成的尾翼右侧与尾翼的左侧的结构和运动相同，不再详细赘述。整个尾翼对称分布在机身的两侧，通过舵机改变尾翼舵面的角度从而实现扑翼飞行器的转向。
59.所述扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构的控制主要由飞手通过遥控器对电机的转速进行控制，其具体实施方案是：飞行器飞手通过遥控器发射2.4g信号，由机载接收机46接受信号并转换为pwm波信号输入电调47来控制电机12的转速，根据电机的转速来改变折叠翼的扑动频率和折叠频率。尾翼舵机也是由飞手通过遥控器发射的信号经过接收机46转换成pwm波进行控制的，最终控制飞行器的转向。
60.所述的扑翼飞行器机翼的整体运动为齿轮带动扑动机构和折叠机构进行运动，当机翼进行下扑时机翼的折叠机构会使翼面逐渐展开提升其扑动产生的升力，当机翼进行上扑时机翼的折叠机构会使翼面逐渐折叠减小其扑动产生的阻力，从而提升扑翼飞行器的气动性能。折叠和扑动机构采用同一驱动元件能很好地配合运动。
61.图8到13是本扑翼飞行机翼在完全张开、水平张开、完全折叠情况下的翼膜和翼杆的姿态。以本扑翼飞行器为例，其完全张开时的机翼翼展amax为730mm,完全折叠时机翼翼展约amin为600mm,折叠率约s为18.5％。改变机翼翼杆的长度或折叠驱动中杆件的长度可改变其机翼的最大最小翼展，从而适应不同尺寸和需要不同气动特性的扑翼飞行器。
62.以本扑翼飞行器为例，其机翼上扑时机翼与水平面的最大极限角度为70
°
，相比于现有扑翼飞行器本扑翼飞行器能达到的上扑角度的范围更广。其扑动角度可以通过改变扑动机构中连接杆四23和连接杆二21的长度来改变，从而找到不同尺寸扑翼飞行器的最佳气动性能。
63.本扑翼飞行器的翼面折叠扑动结构中刚性构件多采用碳纤维材料，碳纤维材料强度大质量轻、价格较低，容易获得，有利于减轻扑翼飞行器的质量，减小其机翼由于扑动所产生的惯性力矩，降低扑翼飞行器的制造成本，为扑翼飞行器搭载更多的电子设备(如：图传设备、gps等)提供了更多的便利。
64.总的来讲本扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构主要用来帮助提升不同尺寸扑翼飞行器的气动性能。其结构简单，质量轻，运动容易实现，成本低，控制简单，对不同尺寸的扑翼飞行器适用性强。
65.本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，所述仿生扑翼飞行器包括机身、一对折叠机翼、v型尾翼，一对折叠机翼和v型尾翼分别对称的分布在扑翼飞行器的机身两侧；其特征在于，所述折叠机翼包括与机身相连的翼杆(2)和以及连接在翼杆(2)上的翼膜(1)；所述翼杆(2)包括机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)，所述机翼杆一(3)的中部和机翼杆二(4)的中部铰接，所述外翼杆二(6)的根部铰接所述机翼杆一(3)，所述外翼杆一(5)的两端则分别铰接机翼杆二(4)和外翼杆二(6)，使得机翼杆一(3)、机翼杆二(4)、外翼杆一(5)和外翼杆二(6)四者之间形成一菱形，采用简单的结构实现了机翼的折叠运动，减轻了折叠翼结构带来的重量，从而减小了机翼运动中带来的惯性力；在机身上铰接有可以上下翻转的连接件一(8)，所述机翼杆二(4)的根部铰接在连接件一(8)上，并且机翼杆二(4)可以相对于连接件一(8)前后摆动；在所述机身上还固定连接有沿其长度方向设置的杆件(11)，在所述杆件(11)上套装有与其滑动相连的连接件三(10)，所述连接件三(10)上铰接有可以上下翻转的连接件二(9)，所述机翼杆一(3)的根部铰接在连接件二(9)上，并且机翼杆一(3)可以相对于连接件二(9)前后摆动；所述仿生扑翼飞行器还包括固定安装在所述机身上的电机(12)，与电机(12)保持联动的齿轮六(19)，连接在齿轮六(19)和机翼杆二(4)之间的连接杆二(21)，以及连接在齿轮六(19)和连接件(10)之间的连接杆一(20)，实现采用同一驱动元件完成扑动和折叠运动；所述齿轮六(19)垂直于机身的长度方向布置，并且其中心转动连接在机身上，所述连接杆二(21)的一端通过球面铰活动连接在齿轮六(19)的表面上，另一端则通过球销铰活动连接所述连接件一(8)，所述连接杆一(20)的两端则直接铰接齿轮六(19)的表面以及连接件三(10)上。2.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，其特征在于，所述翼膜(1)为超薄的tpu软膜，翼膜(1)的前沿粘贴在翼杆(2)的前缘上，随着翼杆结构的变化而发生折叠和展开；翼膜(1)的前沿从内向外分别粘贴在机翼杆二(4)、机翼杆一(3)、外翼杆二(6)的部分位于翼杆前缘的部分，在翼杆(2)的下方还装有翼面支撑杆(49)、连接件四(50)、连接件五(51)用来固定翼面，翼面支撑杆(49)的一端同时与机翼杆一(3)及外翼杆二(6)铰接，另一端与翼膜(1)固定相连，所述连接件四(50)则同时与机翼杆二(4)及外翼杆一(5)铰接，翼面支撑杆(49)贯穿连接件四(50)，并与其滑动连接。3.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，其特征在于，所述电机(12)和齿轮六(19)之间通过二级减速传动机构保持联动；所述二级减速传动机构包括齿轮三(16)、齿轮四(17)、齿轮五(18)及齿轮六(19)；齿轮三(16)固定连接在电机(12)的输出轴上，并且与齿轮五(18)相互啮合，实现一级减速；转动连接在机身上的齿轮四(17)、齿轮五(18)同轴且相互固定，齿轮四(17)与齿轮六(19)相互啮合，实现二级减速。4.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，其特征在于，所述电机(12)通过电调(47)进行转速控制，所述电调(47)则通过接收机(46)输入接收的控制信号，所述电机(12)、电调(47)、接收机(46)均通过电池(44)供电，所述电机(12)、电调
(47)、接收机(46)固定布置在机身的一侧，所述电池(44)则布置在机身的另一侧。5.根据权利要求4所述的一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，其特征在于，所述v型尾翼上由一对尾翼组成，在所述尾翼的尾部铰接有尾翼舵面，并且在所述尾翼上设有用于驱动尾翼舵面的舵机，所述舵机也连接接收机。

技术总结
本发明公开了一种扑翼飞行器的仿生翼面及其折叠扑动结构，涉及扑翼飞行器的机翼及驱动结构领域。采用一个驱动元件实现扑翼飞行器扑动和机翼展开，所述仿生扑翼飞行器包括机身、一对折叠机翼、V型尾翼，一对折叠机翼和V型尾翼分别对称的分布在扑翼飞行器的机身两侧；所述折叠机翼包括与机身相连的翼杆和以及连接在翼杆上的翼膜；所述翼杆包括机翼杆一、机翼杆二、外翼杆一和外翼杆二，采用简单轻量的结构实现了折叠，所增加的质量小，产生的惯性力小；所述仿生扑翼飞行器还包括固定安装在所述机身上的电机，与电机保持联动的齿轮六，连接在齿轮六和机翼杆一之间的连接杆二，以及连接在齿轮六和连接件之间的连接杆一。本结构设计的三段翼与家鸽飞行时翅膀的折叠极为相似，仿生性较强。仿生性较强。仿生性较强。


技术研发人员：王浩 周朱晶 朱瑶勇 吴家星 张琦 许帅 邱兆成
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/16