一種可變掠角彈射串置翼飛行機器人的製作方法

2023-07-20 23:56:51 2

本發明涉及一種彈射飛行機器人，具體涉及一種可變掠角彈射串置翼飛行機器人。

背景技術：

目前，彈射飛行機器人由於發射速度高、發射穩定性好、能夠在複雜地形發射等特點受到了廣大的研究者的青睞，同時彈射飛行機器人機翼可以摺疊，便於運輸和存放。通常情況下飛行機器人控制方式是利用副翼配合尾舵實現其滾轉和俯仰姿態控制，但是由於彈射摺疊翼飛行機器人的機翼摺疊特性，這種方式會使摺疊結構變得更加複雜，零件數量增多，故障率也比較高。同時對於串置翼布局，如果使用兩個副翼控制，產生的控制力較小，響應速度慢，而利用四個副翼結構會使飛行機器人機翼結構更加複雜，同時機身整體阻力也會變大。對於摺疊翼飛行機器人的摺疊機構一般是利用扭簧或者齒輪齒條的方式展開，扭簧結構不能進行主動驅動，在機翼展開後就失去了作用，對於緊湊型小型無人飛行機器人降低了零件的利用率，齒輪齒條結構笨重不適用於小型無人飛行機器人。公開號為CN103587686B、申請日為2013年12月2日的發明專利公開了一種彈射摺疊翼飛行機器人，該專利雖然具有結構簡單、控制力大，響應速度快等優勢，但是，該專利中的兩個前摺疊翼2是通過扭簧安裝在前轉臺7上，兩個後摺疊翼3是通過扭簧安裝在後轉臺17上，由此可知該飛行機器人是通過扭簧驅動摺疊翼，扭簧結構屬於被動驅動，這種驅動方式在摺疊翼展開後扭簧就失去了作用，而且該專利中的兩個前摺疊翼2不能分別展開，只能同時展開相同角度；兩個後摺疊翼3也不能分別展開，只能同時展開相同角度；也沒有副翼機構，無法實現飛行機器人的姿態控制。

技術實現要素：

本發明為解決現有彈射飛行機器人的兩個前摺疊翼2不能分別展開及兩個後摺疊翼3也不能分別展開，無法實現飛行機器人的姿態控制的問題，提供一種可變掠角彈射串置翼飛行機器人。

本發明的一種可變掠角彈射串置翼飛行機器人，其組成包括摺疊螺旋槳、機身、左後翼、右後翼、左前翼、右前翼、兩個垂直尾翼、兩個垂尾銷軸和四個轉動鉸鏈，摺疊螺旋槳安裝在機身的頭部，左前翼和右前翼對稱設置在機身前端的兩側，左後翼和右後翼對稱設置在機身後端的兩側，左前翼、右前翼、左後翼和右後翼分別與其相對應的轉動鉸鏈鉸接，每個轉動鉸鏈與機身內部相對應的舵機連接，兩個垂直尾翼對稱設置在機身尾端的兩側，且垂直尾翼通過扭簧安裝在機身尾部的上表面上。

本發明的技術方案具有以下有益效果：

一、本發明的四個機翼是獨立控制的，兩個前翼可以進行後掠變化，兩個後翼可以進行前掠變化，通過控制舵機，合理的分配機翼的後掠和前掠變化，使飛行機器人的升力左右或者前後不平衡，從而使飛行機器人能夠進行滾轉和俯仰運動，實現飛行機器人副翼和升降舵的作用，從而使飛行機器人的運動姿態得到控制。

二、本發明去掉了飛行機器人的副翼和控制舵面，簡化了飛行機器人的摺疊結構和尾舵結構，利用安裝在機身內部的舵機控制機翼的展開，其體積小、重量輕、響應速度快；通過舵機驅動機翼展開，同時在飛行時控制四個機翼掠角變化，從而改變飛行機器人的氣動外形進行低速巡航和高速飛行模式的切換。

三、本發明的機翼為串置翼布局，該布局提高了載荷，同時也解決了非串置翼布局機翼掠角變化不能實現升降舵作用的難題，對提高飛行機器人的氣動性能具有較高的工程實用價值，可推廣應用於類似布局的飛行機器人的姿態控制。

四、本發明能夠保證飛行機器人在氣動中心不變的情況下使飛行機器人的展弦比減小、飛行阻力減小，利於飛行機器人的高速飛行，由於機翼較輕，對重心的影響可以忽略。

附圖說明

圖1為本發明的飛行機器人摺疊狀態的主視圖；

圖2為圖1的仰視圖；

圖3為飛行機器人展開狀態的立體圖；

圖4為飛行機器人展開狀態的仰視圖；

圖5為飛行機器人高速飛行狀態機翼掠角變化示意圖；

圖6為飛行機器人向右滾轉狀態機翼掠角變化示意圖；

圖7為飛行機器人向左滾轉狀態機翼掠角變化示意圖；

圖8為飛行機器人俯衝運動機翼掠角變化示意圖；

圖9為飛行機器人爬升運動機翼掠角變化示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1～圖4說明本實施方式，本實施方式包括摺疊螺旋槳1、機身2、左後翼3、右後翼4、左前翼5、右前翼6、兩個垂直尾翼7、兩個垂尾銷軸8和四個轉動鉸鏈9，摺疊螺旋槳1安裝在機身2的頭部，這樣布置有利於飛行機器人的彈射發射，左前翼5和右前翼6對稱設置在機身2前端的兩側，左後翼3和右後翼4對稱設置在機身2後端的兩側，左前翼5、右前翼6、左後翼3和右後翼4分別與其相對應的轉動鉸鏈9鉸接，每個轉動鉸鏈9與機身2內部相對應的舵機連接(由舵機驅動轉動鉸鏈9)，兩個垂直尾翼7對稱設置在機身2尾端的兩側，且垂直尾翼7通過扭簧安裝在機身2尾部的上表面上。機身2為現有技術，機身2內部有四個舵機，四個舵機與四個轉動鉸鏈9一一對應。

從飛行機器人的仰視圖看，處於摺疊狀態時四個機翼位置與機身2重疊。這樣可以在機身投影面積一定情況下有效的增大機翼面積，從而增大飛行機器人的有效載荷。

具體實施方式二：結合圖4說明本實施方式，本實施方式的左前翼5和右前翼6從與機身2平行的位置向前旋轉0°～90°。這樣布置可以保證飛行機器人機翼的快速準確地展開以及飛行過程中前翼只能後掠變化，減小飛行機器人控制的複雜程度。其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖2說明本實施方式，本實施方式的左後翼3和右後翼4從與機身2平行的位置向後旋轉0°～90°。這樣布置可以保證飛行機器人機翼的快速準確地展開以及飛行過程中後翼只能前掠變化，減小飛行機器人控制的複雜程度。其它組成及連接關係與具體實施方式二相同。

本發明的工作原理：

⑴、飛行機器人彈射起飛前，各機翼旋轉到與機身2平行的位置，見圖1和圖2；

⑵、當飛行機器人被彈射發射以後，左前翼5和右前翼6在舵機驅動下向前轉動90°後完全展開；左後翼3和右後翼4在舵機驅動下向後轉動90°後完全展開，見圖3和圖4；兩個垂直尾翼7在扭簧作用下展開，垂直尾翼7上不含升降舵和方向舵，只起到橫向穩定作用。

⑶、當需要飛行機器人進行高速飛行時，左前翼5和右前翼6同時後掠變化20°，即向後旋轉20°，左後翼3和右後翼4同時前掠變化20°，即向前旋轉20°，見圖5，飛行機器人的展弦比減小、飛行阻力減小。

⑷、當需要飛行機器人低速巡航時，左前翼5和右前翼6完全展開狀態，左後翼3和右後翼4完全展開，飛行機器人的各個機翼掠角為零，見圖3和圖4；

⑸、當需要飛行機器人向右滾轉時，右前翼6由展開狀態變後掠、右後翼4由展開狀態變前掠，左前翼5和左後翼3維持完全展開狀態不變，見圖6，使飛行機器人右邊的升力減小且氣動中心向左偏移，造成左右升力不平衡，產生使飛行機器人向右滾轉的滾轉力矩，達到代替副翼結構實現飛行機器人滾轉姿態控制的目的。

⑹、當需要飛行機器人向左滾轉時，左前翼5由展開狀態變後掠、左後翼3由展開狀態變前掠，右前翼6和右後翼4維持完全展開狀態不變，見圖7，使飛行機器人左邊的升力減小且氣動中心向右偏移，造成左右升力不平衡，產生使飛行機器人向左滾轉的滾轉力矩，達到代替副翼結構實現飛行機器人滾轉姿態控制的目的。

⑺、當需要飛行機器人俯衝運動時，左前翼5和右前翼6由展開狀態變後掠相同的角度，左後翼3和右後翼4維持完全展開狀態不變，見圖8，使飛行機器人前部的升力減小且氣動中心後移，飛行機器人前後升力不平衡，產生使飛行機器人低頭的力矩，達到代替升降舵實現飛行機器人俯衝姿態控制的目的。

⑻、當需要飛行機器人爬升運動時，左後翼3和右後翼4由展開狀態變前掠相同的角度，左前翼5和右前翼6維持完全展開狀態不變，見圖9，使飛行機器人後部的升力減小且氣動中心前移，飛行機器人前後升力不平衡，產生使飛行機器人抬頭的力矩，達到代替升降舵實現飛行機器人爬升姿態控制的目的。