一種帶攻角控制裝置的撲旋翼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型飛行器領(lǐng)域，具體來說是一種帶攻角控制裝置的撲旋翼。
【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)九十年代以來，隨著傳統(tǒng)飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提高，人們對(duì)動(dòng)物飛行和游動(dòng)機(jī)理不斷探索，了解的越來越深入，以及隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微型飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展越來越迅速，在國家安全和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，被應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境條件下的偵察、通訊、勘探、協(xié)助救援等任務(wù)。
[0003]公開號(hào)為CN 101492093的專利申請(qǐng):“撲旋翼設(shè)計(jì)方法及利用此方法設(shè)計(jì)的微小型撲旋翼飛行器”中公開了微小型撲旋翼飛行器。該專利發(fā)明的微小型撲旋翼飛行器升力靠一對(duì)上下拍動(dòng)并可旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼提供。
[0004]現(xiàn)在公開的撲旋翼設(shè)計(jì)都普遍采用固定攻角，盡管當(dāng)撲翼向下拍動(dòng)時(shí)能夠產(chǎn)生可觀的正升力，但同時(shí)當(dāng)撲翼向上拍動(dòng)時(shí)也同樣產(chǎn)生了較大的負(fù)升力。上拍階段產(chǎn)生的機(jī)翼負(fù)升力一方面極大減小了微型撲旋翼飛行器的平均升力，使飛行器有效負(fù)載較小，另一方面使得飛行器較大一部分功率輸出用于克服負(fù)升力產(chǎn)生，因而系統(tǒng)能量利用率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決撲旋翼上拍產(chǎn)生的負(fù)升力使得撲旋翼平均升力較小，能量利用率低的問題，提出了一種帶攻角控制裝置的撲旋翼。
[0006]一種帶攻角控制裝置的撲旋翼包括撲旋翼，攻角控制裝置和限位裝置。
[0007]撲旋翼包括主梁、短梁、斜梁和翼膜；主梁、短梁和斜梁共面，短梁與主梁垂直，斜梁在主梁與短梁之間，與主梁夾角在30°至60°之間。短梁根部、斜梁根部相交與主梁的根部處，且該連接點(diǎn)位于主梁長度的10%處，主梁根部長度的10%是主梁的外伸端。
[0008]翼膜粘在主梁和短梁及斜梁所構(gòu)成的平面上。
[0009]主梁、短梁及斜梁采用碳纖維桿制作，翼膜采用聚乙烯薄膜制作。
[0010]攻角控制裝置和限位裝置共同作用，分為兩種形式:一種是利用擋板、限位器和攻角控制器組成；限位器有2個(gè)，分別位于主梁外伸端的兩端；攻角控制器為兩片半階梯圓筒狀對(duì)扣在一起，分為上下兩部分，上半部內(nèi)部為圓筒階梯過渡面，用來匹配限位器；下半部套在外伸端外，通過與2個(gè)限位器的共同作用，限制撲旋翼軸向運(yùn)動(dòng)。
[0011]在攻角控制器下半部上開扇形凹槽，凹槽深度約占攻角控制器的25%長度，凹槽軸向截面呈40?70度，擋板在凹槽上下運(yùn)動(dòng)；攻角控制器上半部連接飛行器拍動(dòng)機(jī)構(gòu)，初始安裝時(shí)，保證撲旋翼拍動(dòng)機(jī)構(gòu)拍動(dòng)至水平時(shí)，攻角控制器凹槽上表面與水平面呈-10?O度攻角，下表面與水平面呈40?60度攻角。
[0012]另一種是通過變形片和限位梁組成，變形片選用硅膠材料制作，受力時(shí)可拉伸、變形，一端粘結(jié)在主梁上，另一端與短梁和斜梁根部相交點(diǎn)粘連，通過改變變形片的厚度或者調(diào)節(jié)短梁和斜梁的連接點(diǎn)與主梁的垂直距離，來控制撲旋翼上拍時(shí)翼型的攻角。
[0013]限位梁用來限制撲旋翼下拍時(shí)斜梁、短梁以及翼膜的變形；限位梁一端固定在主梁上，距主梁根部約25%主梁長度的位置處，且限位梁的初始安裝角度與主梁根部方向成45度角；另一端斜搭在斜梁和短梁上面；初始安裝時(shí)，撲旋翼整體與水平面的夾角設(shè)置為-10度?O度之間，保證了拍動(dòng)機(jī)構(gòu)拍動(dòng)至水平時(shí)，撲旋翼初始幾何攻角的范圍為-?ο度?O度之間；通過變形片的變形，實(shí)現(xiàn)撲旋翼上拍時(shí)的攻角值介于40度?60度之間。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015](I)本發(fā)明中設(shè)計(jì)了一種帶攻角控制裝置的撲旋翼，對(duì)撲旋翼拍動(dòng)過程中的撲旋翼攻角進(jìn)行控制，在維持撲旋翼下拍產(chǎn)生正升力的基礎(chǔ)上，有效減小撲旋翼上拍時(shí)產(chǎn)生的負(fù)升力，使應(yīng)用此控制方法的微型撲旋翼飛行器的平均升力得到提升，飛行器能量利用率
[0016](2)本發(fā)明中設(shè)計(jì)了一種帶攻角控制裝置的撲旋翼，可由多種裝置實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)簡單，易于加工。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種帶攻角控制裝置的撲旋翼應(yīng)用實(shí)例I的示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一種帶攻角控制裝置的撲旋翼應(yīng)用實(shí)例I安有限位器的示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明一種帶攻角控制裝置的撲旋翼應(yīng)用實(shí)例I攻角控制器的示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明一種帶攻角控制裝置的撲旋翼應(yīng)用實(shí)例2的示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明一種帶攻角控制裝置的撲旋翼應(yīng)用實(shí)例2上拍時(shí)的示意圖；
[0022]圖中:
[0023]1-撲旋翼2-攻角控制器3-限位器4-變形片
[0024]101-主梁102-短梁103-斜梁104-翼膜105-擋板106-限位梁
[0025]201-攻角控制器a 202-攻角控制器b 301-限位器a 302-限位器b
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]一種帶攻角控制裝置的撲旋翼，通過對(duì)撲旋翼上下拍動(dòng)時(shí)的攻角進(jìn)行合理控制，在維持撲旋翼下拍時(shí)正升力的基礎(chǔ)上，使撲旋翼上拍時(shí)的負(fù)升力有效減小，使得撲旋翼平均升力和飛行器能量利用效率顯著提高。
[0028]工作原理具體為:
[0029]微型撲旋翼在使用過程中，當(dāng)撲旋翼向上拍動(dòng)時(shí)，撲旋翼上的攻角控制裝置用來限制翼面過度向下翻轉(zhuǎn)，將最大攻角值限制在40度?60度之間，此時(shí)以撲旋翼為參考系觀察，拍動(dòng)產(chǎn)生相對(duì)撲旋翼向下的氣流，疊加旋轉(zhuǎn)來流后，此時(shí)撲旋翼基本與真實(shí)來流方向一致，可使得負(fù)升力有效減??；當(dāng)撲旋翼向下拍動(dòng)時(shí)，撲旋翼上的攻角控制裝置限制翼面過分向上翻轉(zhuǎn)，將最小攻角值控制在-10度?O度之間，同樣以撲旋翼為參考系觀察，拍動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)撲旋翼向上的氣流，疊加旋轉(zhuǎn)來流后，從撲旋翼上觀察真實(shí)來流從前下方吹來，因而此時(shí)撲旋翼拍動(dòng)產(chǎn)生較大的升力和一部分推力。
[0030]攻角定義為翼型前后緣連線與水平位置的夾角，翼前緣高于翼后緣時(shí)攻角為正，反之為負(fù)；攻角值:選取距離撲旋翼旋轉(zhuǎn)軸0.6?0.7倍展長處的翼型當(dāng)?shù)毓ソ?；展長定義為撲旋翼尖部與旋轉(zhuǎn)軸之間的距離；
[0031]上拍和下拍階段翼型當(dāng)?shù)毓ソ亲畲蠛妥钚〗嵌认拗瓶赏ㄟ^調(diào)節(jié)翼上攻角控制裝置實(shí)現(xiàn)。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]一種帶攻角控制裝置的撲旋翼包括撲旋翼1，攻角控制器2和限位器3。
[0034]撲旋翼I如圖1所示，包括主梁101、短梁102、斜梁103、翼膜104以及擋板105。
[0035]主梁101、短梁102及斜梁103采用碳纖維桿制作，翼膜104采用聚乙烯薄膜制作，擋板105采用碳纖維板制作。
[0036]主梁101、短梁102、斜梁103及擋板105共面，短梁102與主梁101垂直，斜梁103位于主梁101與短梁102之間，與主梁101夾角在30°至60°之間。短梁102根部、斜梁103根部固連與主梁101的根部處，且該連接點(diǎn)位于主梁101長度的10%處。主梁101根部長度的10%是主梁101的外伸端。
[0037]翼膜104粘在主梁101和短梁102及斜梁103所構(gòu)成的平面上。
[0038]擋板105粘在短梁102外側(cè)，擋板105長度為短梁102長度的1/3，寬度與攻角控制器b202下半部凹槽軸向長度相同。
[0039]限位器3為兩圓筒薄片，選用輕質(zhì)塑料材料制作，如圖2所示，分別為限位器a301和限位器b302 ;限位器a301外徑為主梁101直徑的1.5倍，內(nèi)徑與主梁101直徑相同，卡在主梁101外伸端的根部；限位器b302外徑為主梁101直徑的2.5倍，內(nèi)徑與主梁101直徑相同，卡在主梁101外伸端的另一側(cè)，短梁102、斜梁103與主梁101的連接處。同時(shí)在限位器b302上開有凹槽，卡住擋片105的根部；擋片105上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)限位器b302同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)撲旋翼主梁101 —起同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0040]攻角控制器2選用輕質(zhì)塑料制作，利用塑料注塑成型，如圖3所示，為兩片半階梯圓筒狀對(duì)扣在一起，分別為攻角控制器a201和攻角控制器b202，攻角控制器2外徑為撲旋翼主梁101直徑的2倍，長度為主梁101外伸端長度的兩倍，主梁101外伸端位于攻角控制器2的長度一半處，S卩限位器a301位于攻角控制器2的中間。撲旋翼主梁101外伸端與攻角控制器2相連，可在攻角控制器2內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0041]攻角控制器2內(nèi)徑為兩部分，軸向上半部圓筒內(nèi)徑為撲旋翼主梁101直徑的1.5倍，內(nèi)部為圓筒階梯過渡面，用來匹配限位器a301，通過限位器a301將攻角控制器2固定在撲旋翼I的外部；下半部內(nèi)徑比撲旋翼主梁101直徑略大，與主梁101外伸端形成間隙配合；攻角控制器2套在撲旋翼主梁101外伸端外，配合限位器3，限制撲旋翼軸向運(yùn)動(dòng)。
[0042]在攻角控制器b202上的下半部位于限位器b302連接處的圓筒壁上開扇形凹槽，凹槽深度約占攻角控制器2的25%長度，凹槽軸向截面呈40?70度，擋板105位于攻角控制器b202的凹槽內(nèi)，在凹槽上下運(yùn)動(dòng)；
[0043]撲旋翼I上、下拍時(shí)，擋板105分別與攻角控制器b202的凹槽下表面和上表面貼合，實(shí)現(xiàn)對(duì)撲旋翼I上、下拍動(dòng)時(shí)攻角的合理控制；撲旋翼I在拍動(dòng)時(shí)，擋板105受到以攻角控制器2凹槽的限制，具體為當(dāng)撲旋翼下拍時(shí)，在撲旋翼上氣動(dòng)力和慣性力作用下，撲旋翼與凹槽上表面貼