CN106428525B - 一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人 - Google Patents

一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人 Download PDF

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Abstract

一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人，为解决现有弹射飞行机器人的两个前折叠翼不能分别展开及两个后折叠翼也不能分别展开，使飞行机器人的运动姿态控制受到限制的问题。本发明的包括折叠螺旋桨、机身、左后翼、右后翼、左前翼、右前翼、两个垂直尾翼、两个垂尾销轴和四个转动铰链，折叠螺旋桨安装在机身的头部，左前翼和右前翼对称设置在机身前端的两侧，左后翼和右后翼对称设置在机身后端的两侧，左前翼、右前翼、左后翼和右后翼分别与其相对应的转动铰链铰接，每个转动铰链与机身内部相对应的舵机装置连接，两个垂直尾翼对称设置在机身尾端的两侧，且垂直尾翼通过扭簧安装在机身尾部的上表面上。本发明用于飞行机器人姿态控制。

Description

一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人
技术领域
本发明涉及一种弹射飞行机器人，具体涉及一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人。
背景技术
目前，弹射飞行机器人由于发射速度高、发射稳定性好、能够在复杂地形发射等特点受到了广大的研究者的青睐，同时弹射飞行机器人机翼可以折叠，便于运输和存放。通常情况下飞行机器人控制方式是利用副翼配合尾舵实现其滚转和俯仰姿态控制，但是由于弹射折叠翼飞行机器人的机翼折叠特性，这种方式会使折叠结构变得更加复杂，零件数量增多，故障率也比较高。同时对于串置翼布局，如果使用两个副翼控制，产生的控制力较小，响应速度慢，而利用四个副翼结构会使飞行机器人机翼结构更加复杂，同时机身整体阻力也会变大。对于折叠翼飞行机器人的折叠机构一般是利用扭簧或者齿轮齿条的方式展开，扭簧结构不能进行主动驱动，在机翼展开后就失去了作用，对于紧凑型小型无人飞行机器人降低了零件的利用率，齿轮齿条结构笨重不适用于小型无人飞行机器人。公开号为CN103587686B、申请日为2013年12月2日的发明专利公开了一种弹射折叠翼飞行机器人，该专利虽然具有结构简单、控制力大，响应速度快等优势，但是，该专利中的两个前折叠翼2是通过扭簧安装在前转台7上，两个后折叠翼3是通过扭簧安装在后转台17上，由此可知该飞行机器人是通过扭簧驱动折叠翼，扭簧结构属于被动驱动，这种驱动方式在折叠翼展开后扭簧就失去了作用，而且该专利中的两个前折叠翼2不能分别展开，只能同时展开相同角度；两个后折叠翼3也不能分别展开，只能同时展开相同角度；也没有副翼机构，无法实现飞行机器人的姿态控制。
发明内容
本发明为解决现有弹射飞行机器人的两个前折叠翼2不能分别展开及两个后折叠翼3也不能分别展开，无法实现飞行机器人的姿态控制的问题，提供一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人。
本发明的一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人，其组成包括折叠螺旋桨、机身、左后翼、右后翼、左前翼、右前翼、两个垂直尾翼、两个垂尾销轴和四个转动铰链，折叠螺旋桨安装在机身的头部，左前翼和右前翼对称设置在机身前端的两侧，左后翼和右后翼对称设置在机身后端的两侧，左前翼、右前翼、左后翼和右后翼分别与其相对应的转动铰链铰接，每个转动铰链与机身内部相对应的舵机连接，两个垂直尾翼对称设置在机身尾端的两侧，且垂直尾翼通过扭簧安装在机身尾部的上表面上。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
一、本发明的四个机翼是独立控制的，两个前翼可以进行后掠变化，两个后翼可以进行前掠变化，通过控制舵机，合理的分配机翼的后掠和前掠变化，使飞行机器人的升力左右或者前后不平衡，从而使飞行机器人能够进行滚转和俯仰运动，实现飞行机器人副翼和升降舵的作用，从而使飞行机器人的运动姿态得到控制。
二、本发明去掉了飞行机器人的副翼和控制舵面，简化了飞行机器人的折叠结构和尾舵结构，利用安装在机身内部的舵机控制机翼的展开，其体积小、重量轻、响应速度快；通过舵机驱动机翼展开，同时在飞行时控制四个机翼掠角变化，从而改变飞行机器人的气动外形进行低速巡航和高速飞行模式的切换。
三、本发明的机翼为串置翼布局，该布局提高了载荷，同时也解决了非串置翼布局机翼掠角变化不能实现升降舵作用的难题，对提高飞行机器人的气动性能具有较高的工程实用价值，可推广应用于类似布局的飞行机器人的姿态控制。
四、本发明能够保证飞行机器人在气动中心不变的情况下使飞行机器人的展弦比减小、飞行阻力减小，利于飞行机器人的高速飞行，由于机翼较轻，对重心的影响可以忽略。
附图说明
图1为本发明的飞行机器人折叠状态的主视图；
图2为图1的仰视图；
图3为飞行机器人展开状态的立体图；
图4为飞行机器人展开状态的仰视图；
图5为飞行机器人高速飞行状态机翼掠角变化示意图；
图6为飞行机器人向右滚转状态机翼掠角变化示意图；
图7为飞行机器人向左滚转状态机翼掠角变化示意图；
图8为飞行机器人俯冲运动机翼掠角变化示意图；
图9为飞行机器人爬升运动机翼掠角变化示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式包括折叠螺旋桨1、机身2、左后翼3、右后翼4、左前翼5、右前翼6、两个垂直尾翼7、两个垂尾销轴8和四个转动铰链9，折叠螺旋桨1安装在机身2的头部，这样布置有利于飞行机器人的弹射发射，左前翼5和右前翼6对称设置在机身2前端的两侧，左后翼3和右后翼4对称设置在机身2后端的两侧，左前翼5、右前翼6、左后翼3和右后翼4分别与其相对应的转动铰链9铰接，每个转动铰链9与机身2内部相对应的舵机连接(由舵机驱动转动铰链9)，两个垂直尾翼7对称设置在机身2尾端的两侧，且垂直尾翼7通过扭簧安装在机身2尾部的上表面上。机身2为现有技术，机身2内部有四个舵机，四个舵机与四个转动铰链9一一对应。
从飞行机器人的仰视图看，处于折叠状态时四个机翼位置与机身2重叠。这样可以在机身投影面积一定情况下有效的增大机翼面积，从而增大飞行机器人的有效载荷。
具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式的左前翼5和右前翼6从与机身2平行的位置向前旋转0°～90°。这样布置可以保证飞行机器人机翼的快速准确地展开以及飞行过程中前翼只能后掠变化，减小飞行机器人控制的复杂程度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的左后翼3和右后翼4从与机身2平行的位置向后旋转0°～90°。这样布置可以保证飞行机器人机翼的快速准确地展开以及飞行过程中后翼只能前掠变化，减小飞行机器人控制的复杂程度。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
本发明的工作原理：
⑴、飞行机器***射起飞前，各机翼旋转到与机身2平行的位置，见图1和图2；
⑵、当飞行机器人被弹射发射以后，左前翼5和右前翼6在舵机驱动下向前转动90°后完全展开；左后翼3和右后翼4在舵机驱动下向后转动90°后完全展开，见图3和图4；两个垂直尾翼7在扭簧作用下展开，垂直尾翼7上不含升降舵和方向舵，只起到横向稳定作用。
⑶、当需要飞行机器人进行高速飞行时，左前翼5和右前翼6同时后掠变化20°，即向后旋转20°，左后翼3和右后翼4同时前掠变化20°，即向前旋转20°，见图5，飞行机器人的展弦比减小、飞行阻力减小。
⑷、当需要飞行机器人低速巡航时，左前翼5和右前翼6完全展开状态，左后翼3和右后翼4完全展开，飞行机器人的各个机翼掠角为零，见图3和图4；
⑸、当需要飞行机器人向右滚转时，右前翼6由展开状态变后掠、右后翼4由展开状态变前掠，左前翼5和左后翼3维持完全展开状态不变，见图6，使飞行机器人右边的升力减小且气动中心向左偏移，造成左右升力不平衡，产生使飞行机器人向右滚转的滚转力矩，达到代替副翼结构实现飞行机器人滚转姿态控制的目的。
⑹、当需要飞行机器人向左滚转时，左前翼5由展开状态变后掠、左后翼3由展开状态变前掠，右前翼6和右后翼4维持完全展开状态不变，见图7，使飞行机器人左边的升力减小且气动中心向右偏移，造成左右升力不平衡，产生使飞行机器人向左滚转的滚转力矩，达到代替副翼结构实现飞行机器人滚转姿态控制的目的。
⑺、当需要飞行机器人俯冲运动时，左前翼5和右前翼6由展开状态变后掠相同的角度，左后翼3和右后翼4维持完全展开状态不变，见图8，使飞行机器人前部的升力减小且气动中心后移，飞行机器人前后升力不平衡，产生使飞行机器人低头的力矩，达到代替升降舵实现飞行机器人俯冲姿态控制的目的。
⑻、当需要飞行机器人爬升运动时，左后翼3和右后翼4由展开状态变前掠相同的角度，左前翼5和右前翼6维持完全展开状态不变，见图9，使飞行机器人后部的升力减小且气动中心前移，飞行机器人前后升力不平衡，产生使飞行机器人抬头的力矩，达到代替升降舵实现飞行机器人爬升姿态控制的目的。

Claims (3)

1.一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人，其特征在于：所述飞行机器人包括折叠螺旋桨(1)、机身(2)、左后翼(3)、右后翼(4)、左前翼(5)、右前翼(6)、两个垂直尾翼(7)、两个垂尾销轴(8)和四个转动铰链(9)，折叠螺旋桨(1)安装在机身(2)的头部，左前翼(5)和右前翼(6)对称设置在机身(2)前端的两侧，左后翼(3)和右后翼(4)对称设置在机身(2)后端的两侧，左前翼(5)、右前翼(6)、左后翼(3)和右后翼(4)分别与其相对应的转动铰链(9)铰接，每个转动铰链(9)与机身(2)内部相对应的舵机装置连接，两个垂直尾翼(7)对称设置在机身(2)尾端的两侧，且垂直尾翼(7)通过扭簧安装在机身(2)尾部的上表面上，处于折叠状态的左前翼(5)、右前翼(6)、左后翼(3)和右后翼(4)分别与机身(2)重叠；
当高速飞行时，左前翼(5)和右前翼(6)由展开状态同时后掠变化20°，左后翼(3)和右后翼(4)由展开状态同时前掠变化20°；
当低速巡航时，左前翼(5)和右前翼(6)完全展开状态，左后翼(3)和右后翼(4)完全展开，飞行机器人的各个机翼掠角为零；
当向右滚转时，右前翼(6)由展开状态变后掠，右后翼(4)由展开状态变前掠，左前翼(5)和左后翼(3)维持完全展开状态；
当向左滚转时，左前翼(5)由展开状态变后掠，左后翼(3)由展开状态变前掠，右前翼(6)和右后翼(4)维持完全展开状态；
当俯冲运动时，左前翼(5)和右前翼(6)由展开状态变后掠相同的角度，左后翼(3)和右后翼(4)维持完全展开状态；
当爬升运动时，左后翼(3)和右后翼(4)由展开状态变前掠相同的角度，左前翼(5)和右前翼(6)维持完全展开状态。
2.根据权利要求1所述一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人，其特征在于：所述左前翼(5)和右前翼(6)从与机身(2)平行的位置向前旋转0°～90°。
3.根据权利要求2所述一种可变掠角弹射串置翼飞行机器人，其特征在于：所述左后翼(3)和右后翼(4)从与机身(2)平行的位置向后旋转0°～90°。
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