一种刚柔耦合扑翼机机翼的制作方法

1.本发明涉及航空航天技术领域，更具体的说是涉及一种刚柔耦合扑翼机机翼。


背景技术：

2.飞行器的发展，是从模仿飞鸟开始的。飞行器发展到今天在灵活性方面尚不如飞鸟。飞鸟在其形态、运动方式以及利用“新奇”的空气动力学原理等方面，达到了几乎完美的程度，飞鸟扑翼飞行的气动特性及其智能化的控制要比目前常规飞机的基本空气动力原理和控制方式复杂的多。受到飞鸟的启发，人们开始试研制微型扑翼飞行器。
3.微型仿生扑翼机器人是一种模仿自然界中可飞行鸟类或者昆虫的气动原理，通过翅膀规律性地拍动以实现飞行，扑动的机翼不仅产生升力，还产生向前的推动力。相对于传统固定翼类与旋翼类，微型仿生扑翼机器人具备飞行机动性强、质量轻便、伪装性好、较低噪声和较低能耗等优点，非常适合在伪装侦查、自然环境检测和反恐军事作战等相关领域的应用。
4.鸟类翅膀主要结构分为前缘翼缘覆羽和后缘飞羽。其特点为前缘有一定翼型结构，同时分布肌肉群和骨骼结构，有一定刚性，可以支撑一侧翅膀伸展变化；后缘以轻薄羽毛为主。
5.但是扑翼飞行的复杂运动机理给仿生扑翼飞行机器人的设计与控制带来了巨大的挑战。对于现在仿生扑翼飞行器，其困难表现在以下几个方面：
6.空气动力：因为昆虫和鸟类的翅膀不像飞机机翼一样具有标准的流线型，而是类似的平面薄体结构，翅膀拍动过程中伴随着快速且多样性的运动，产生很多局部不稳定气流，这种非定常的空气动力学效应很复杂。
7.飞行动力：由于微型扑翼飞行器要求外形较小、质量轻、能耗少，这就要求我们对于能源系统有着很严格的要求。
8.翼形和材料：设计和制造高效仿生翼，是仿生扑翼飞行研究中急待解决的问题。仿生翼必须轻而坚固，能够在高频振动下不会断裂，且要能够提供足够的升力和推进力等。
9.现有扑翼机机翼主要以柔性翼为主，少部分扑翼机机翼为刚性机翼，翼型结构都不能充分仿生鸟类翅膀飞行时特性。
10.因此，如何提供一种扑翼机刚柔耦合结构，参考鸟类翅膀结构特点，设置前缘区域有一定翼型分布、后缘区域以轻薄结构柔性布局，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明提供了一种刚柔耦合扑翼机机翼，既可以满足扑翼机的前飞动力，又可以在滑翔过程中为提供扑翼机足够的升力，极大延长了扑翼机的留空时间。
12.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
13.一种刚柔耦合扑翼机机翼，包括：
14.前缘横梁，所述前缘横梁侧壁开设有第一槽口，所述第一槽口的数量为多个；
15.前缘翼肋，所述前缘翼肋与所述第一槽口的数量相同，多个所述前缘翼肋的一端开设有第二槽口，所述第二槽口与所述第一槽口相互咬合，并粘结固定；多个所述前缘翼肋远离所述第二槽口一端的上部设有凸台面；多个所述前缘翼肋的顶面和底面开设有第三槽口，所述第三槽口内插接有碳纤维棒，所述碳纤维棒将多个所述前缘翼肋连接成框架；
16.后缘薄板，所述后缘薄板的数量为多个，多个所述后缘薄板一端开设有第四槽口，所述第四槽口与所述凸台面相互咬合，并粘结固定；
17.蒙皮，所述蒙皮覆盖在所述前缘横梁、多个所述前缘翼肋和多个所述后缘薄板相互咬合形成的扑翼框架的外侧。
18.通过以上技术方案，本发明提供的扑翼机机翼，模仿鸟类飞行时的特性，前缘区域有翼型分布，后缘区域以轻薄结构柔性布局。本发明既可以满足扑翼机的前飞动力，同时又可以在滑翔过程中提供足够升力，极大延长扑翼机留空时间。
19.优选的，在上述一种刚柔耦合扑翼机机翼中，所述第三槽口包括开设在所述前缘翼肋顶面的上槽口，和开设在所述前缘翼肋底面的下槽口，所述上槽口与所述下槽口交错布置，所述上槽口和所述下槽口内均卡入所述碳纤维棒，并粘结固定。炭纤维棒作为桁条将前缘翼肋连接成框架，同时炭纤维棒方便固定，胶粘牢固，而且强度足、质量轻，方便裁剪。
20.优选的，在上述一种刚柔耦合扑翼机机翼中，多个所述前缘翼肋的长度相同，多个所述前缘翼肋与所述前缘横梁咬合并粘结固定成前缘框架；多个所述后缘薄板的长度依次减小，并组成扇形骨架，所述扇形骨架与所述前缘框架相互咬合并粘结固定成扑翼框架。槽口方便加工，结构简单，减少扑翼框架的总体质量，两个结构件彼此咬合后，会同时约束该处5个自由度，只留下1个移动自由度未被约束，即咬合方向。通过粘结方式将该移动自由度固定后能够达到很强的固定效果，不再需要紧固件固定。
21.优选的，在上述一种刚柔耦合扑翼机机翼中，相邻的所述第一槽口之间的间距为60mm。机翼结构小巧，适合在伪装侦查、自然环境检测和反恐军事作战等相关领域的应用。
22.优选的，在上述一种刚柔耦合扑翼机机翼中，所述前缘横梁为采用8mm宽、2mm厚碳纤维板雕刻而成的刚性支撑横梁；所述前缘翼肋为ag25翼型，所述前缘翼肋采用2mm厚碳纤维板雕刻而成刚性翼肋；所述后缘薄板为0.5mm碳纤维板雕刻而成的柔性翼。通过刚柔耦合设计，更好的模仿飞鸟的翅膀结构，为扑翼机提供充足的飞行动力。
23.优选的，在上述一种刚柔耦合扑翼机机翼中，所述蒙皮为尼龙伞布，所述蒙皮采用胶粘方式覆盖在所述机翼框架的表面。对机翼整体覆膜，形成平面薄体结构，满足空气动力学效应。
24.优选的，在上述一种刚柔耦合扑翼机机翼中，所述碳纤维棒4的直径为1～2mm。由于蒙皮用的是尼龙伞布，没有强度，碳纤维棒既可以对伞布进行支撑，也可以涂胶对伞布进行胶粘固定加强。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种刚柔耦合扑翼机机翼，采用开设槽口相互咬合的工艺，减轻了结构的整体重量，无需设置额外的固定装置，同时能够模仿飞鸟飞行特性，前缘区域有一定翼型分布，后缘区域以轻薄结构柔性布局，极大的延长了扑翼机的留空时间。
附图说明
26.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1附图为本发明提供的机翼框架结构示意图；
28.图2附图为本发明提供的机翼框架俯视图；
29.图3附图为本发明提供的机翼框架正视图；
30.图4附图为本发明提供的前缘横梁结构示意图；
31.图5附图为本发明提供的前缘翼肋结构示意图；
32.图6附图为本发明提供的前缘横梁与前缘翼肋咬合前示意图；
33.图7附图为本发明提供的前缘横梁与前缘翼肋咬合后示意图；
34.图8附图为本发明提供的后缘薄板结构示意图；
35.图9附图为本发明提供的前缘翼肋与后缘薄板咬合前示意图；
36.图10附图为本发明提供的前缘翼肋与后缘薄板咬合后示意图；
37.图11附图为本发明提供的机翼覆膜后效果图；
38.图12附图为本发明提供的机翼覆膜后俯视图；
39.图13附图为本发明提供的机翼覆膜后正视图。
40.其中：
41.1-前缘横梁；11-第一槽口；
42.2-前缘翼肋；
43.21-第二槽口；22-凸台面；23-第三槽口；
44.3-后缘薄板；
45.31-第四槽口；
46.4-碳纤维棒；5-蒙皮。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例1：
49.参见附图1～5，本发明实施例公开了一种刚柔耦合扑翼机机翼，包括前缘横梁1、前缘翼肋2、后缘薄板3和蒙皮5；
50.前缘横梁1侧壁开设有第一槽口11，第一槽口11的数量为多个；
51.前缘翼肋2与第一槽口11的数量相同，多个前缘翼肋2的一端开设有第二槽口21，第二槽口21与第一槽口11相互咬合，并粘结固定；多个前缘翼肋2远离第二槽口21一端的上部设有凸台面22；多个前缘翼肋2的顶面和底面开设有第三槽口23，第三槽口23内插接有碳纤维棒4，碳纤维棒4将多个前缘翼肋2连接成框架；
52.后缘薄板3的数量为多个，多个后缘薄板3一端开设有第四槽口31，第四槽口31与凸台面22相互咬合，并粘结固定；
53.在本实施例中，第一槽口11的数量为5个，相邻两个第一槽口11的间距为60mm，前缘翼肋的数量为5根，后缘薄板的数量为4根。
54.在本实施例中，前缘横梁1为采用8mm宽、2mm厚碳纤维板雕刻而成的刚性支撑横梁。
55.在本实施例中，前缘翼肋2为ag25翼型，前缘翼肋2为采用2mm厚碳纤维板雕刻而成刚性翼肋。
56.在本实施例中，后缘薄板3为0.5mm碳纤维板雕刻而成的柔性翼。
57.为了进一步优化上述技术方案，第三槽口23包括开设在前缘翼肋2顶面的上槽口231，和开设在前缘翼肋2底面的下槽口232，上槽口231与下槽口232交错布置，上槽口231和下槽口232内均卡入碳纤维棒4，并粘结固定。
58.在本实施例中，上槽口数量为2个，下槽口数量为1个，碳纤维棒的数量为3根。
59.在本实施例中，碳纤维棒直径为1.6mm，穿插在上槽口231和下槽口232内，并粘胶固定。
60.为了进一步优化上述技术方案，后缘薄板3的数量小于等于前缘翼肋的数量，根据扑翼机的飞行特性，合理选择后缘薄板3的数量，后缘薄板3形成扇形结构。
61.参见附图1、6～7，多个前缘翼肋24的长度相同，前缘翼肋2与前缘横梁1相互咬合并粘结固定成前缘框架。
62.参见附图1、8～10，多个后缘薄板3的长度依次减小，并组成扇形骨架，扇形骨架与前缘框架相互咬合并粘结固定成扑翼框架。
63.本实施例提供的扑翼机框架，咬口设计加工方便，减轻了框架的整体重量，不需要再设置紧固装置，结构简单，安装快捷。
64.实施例2：
65.本实施例包括实施例1中的扑翼框架，参见附图11-13，对扑翼框架的外侧粘结尼龙伞布的蒙皮，来对扑翼框架整体覆膜。
66.本发明公开的扑翼机机翼，参照了飞鸟翅膀结构形式，主体框架采用碳纤维材料制成，在满足强度的同时，拥有足够轻的质量；在满足扑翼机前飞动力的同时，又能提供扑翼机在滑翔过程中足够的升力，延长了留空时间。
67.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
68.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，包括：前缘横梁(1)，所述前缘横梁(1)侧壁开设有第一槽口(11)，所述第一槽口(11)的数量为多个；前缘翼肋(2)，所述前缘翼肋(2)与所述第一槽口(11)的数量相同，多个所述前缘翼肋(2)的一端开设有第二槽口(21)，所述第二槽口(21)与所述第一槽口(11)相互咬合，并粘结固定；多个所述前缘翼肋(2)远离所述第二槽口(21)一端的上部设有凸台面(22)；多个所述前缘翼肋(2)的顶面和底面开设有第三槽口(23)，所述第三槽口(23)内插接有碳纤维棒(4)，所述碳纤维棒(4)将多个所述前缘翼肋(2)连接成框架；后缘薄板(3)，所述后缘薄板(3)的数量为多个，多个所述后缘薄板(3)一端开设有第四槽口(31)，所述第四槽口(31)与所述凸台面(22)相互咬合，并粘结固定；蒙皮(5)，所述蒙皮(5)覆盖在所述前缘横梁(1)、多个所述前缘翼肋(2)和多个所述后缘薄板(3)相互咬合形成的扑翼框架的外侧。2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，所述第三槽口(23)包括开设在所述前缘翼肋(2)顶面的上槽口(231)，和开设在所述前缘翼肋(2)底面的下槽口(232)，所述上槽口(231)与所述下槽口(232)交错布置，所述上槽口(231)和所述下槽口(232)内均卡入所述碳纤维棒(4)，并粘结固定。3.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，多个所述前缘翼肋(2)的长度相同，多个所述前缘翼肋(2)与所述前缘横梁(1)相互咬合并粘结固定成前缘框架。4.根据权利要求3所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，多个所述后缘薄板(3)的长度依次减小，并组成扇形骨架，所述扇形骨架与所述前缘框架相互咬合并粘结固定成扑翼框架。5.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，相邻的所述第一槽口(11)之间的间距为60mm。6.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，所述前缘横梁(1)为采用8mm宽、2mm厚碳纤维板雕刻而成的刚性支撑横梁。7.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，所述前缘翼肋(2)为ag25翼型，所述前缘翼肋(2)为采用2mm厚碳纤维板雕刻而成的刚性翼肋。8.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，所述后缘薄板(3)为0.5mm碳纤维板雕刻而成的柔性翼。9.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，所述蒙皮(5)为尼龙伞布，所述蒙皮(5)采用胶粘方式覆盖在所述机翼框架的外侧。10.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合扑翼机机翼，其特征在于，所述碳纤维棒(4)的直径为1～2mm。

技术总结
本发明公开了一种刚柔耦合扑翼机机翼，涉及航空航天技术领域，包括前缘横梁、前缘翼肋、后缘薄板和蒙皮；前缘横梁侧壁开设有多个第一槽口，前缘翼肋的一端开设有第二槽口，第二槽口与第一槽口相互咬合，并粘结固定；前缘翼肋另一端的上部设有凸台面；前缘翼肋的顶面和底面开设有第三槽口，第三槽口内插接有碳纤维棒；后缘薄板一端开设有第四槽口，第四槽口与凸台面相互咬合，并粘结固定；蒙皮覆盖在前缘横梁、多个前缘翼肋和多个后缘薄板相互咬合形成的扑翼框架的外侧。本发明提供的机翼，采用咬口和粘胶工艺，不需要设置固定装置，既可以满足扑翼机的前飞动力，同时又可以在滑翔过程中为提供扑翼机足够的升力，极大延长了扑翼机的留空时间。的留空时间。的留空时间。


技术研发人员：崔友 乔磊
受保护的技术使用者：承德石油高等专科学校
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/24