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CN107697284B - 一种双段式仿生扑翼无人机机翼 - Google Patents

一种双段式仿生扑翼无人机机翼 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双段式仿生扑翼无人机机翼，由内至外由机体、副翼和主翼依次铰接；所述副翼由仿生翼型肋板一号、传动杆和支撑杆组成，所述主翼由仿生翼型肋板一号、仿生翼型肋板二号和传动杆组成，所述仿生翼型肋板一号的最大厚度位于弦长的19.86％位置处，最大弯度位于弦长的49.32％位置处，当弦长为单位长度1时，最大厚度为0.1076，最大弯度为0.1089；所述仿生翼型肋板二号6最大厚度位于弦长的16.64％位置处,最大弯度位于弦长的42.68％位置处，当弦长为单位长度1时，最大厚度为0.1084，最大弯度为0.1097。本发明继承了信鸽的良好特性，对机翼主副翼平面参数和截面翼型进行仿生设计，提高了飞行器的气动效率和灵活性，并且飞行升降较快，说明其具有良好的升阻特性和灵活性。

Description

一种双段式仿生扑翼无人机机翼
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种双段式仿生扑翼无人机机翼。
背景技术
无人飞机研究是当今各国军事领域的研究重点，小型化、微型化的飞行器是无人机发展的新趋势。
微型飞行器飞行时速只有几十公里，飞行雷诺数在2×105左右。一方面在这种低雷诺数下，气动粘性力和阻力更加突出；机身边界层趋于层流特征；易出现机翼边界层与机翼的分离，从而失去升力。因此，传统的固定翼、旋翼飞行器研究方法不再适用，必须对扑翼飞行方式进行研究。另一方面微型飞行器尺寸小，必须在减轻重量的同时，提高飞行器气动效率和灵活性。而机翼是飞行器产生升力的主要部件，机翼的气动性能是飞行器设计的基础，影响气动性能的因素是机翼平面参数和翼型。因此，获得性能优异的机翼平面参数和翼型是提高气动效率的关键。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供例如一种双段式仿生扑翼无人机机翼，以实现在降低机翼重量的同时，提高机翼气动效率和灵活性。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种双段式仿生扑翼无人机机翼，由副翼2、主翼1和机体3组成，每侧均由副翼2和主翼1连接组成，其中，所述副翼2内侧与机体3通过转轴4连接，所述主翼1通过铰接块9与副翼2外侧连接；
所述副翼2由四个仿生翼型肋板一号5、两根传动杆7和一根支撑杆8组成，所述四个仿生翼型肋板一号5垂直安装在两根上下平行设置的传动杆7上，支撑杆8与传动杆7相平行地安装在四个仿生翼型肋板一号5上，且支撑杆8位于传动杆7的后侧，所述两根传动杆7分别铰接在铰接块9的一侧；
所述主翼1由一个仿生翼型肋板一号5、四根仿生翼型肋板二号6和一根传动杆7组成，所述仿生翼型肋板一号5和仿生翼型肋板二号6均垂直安装于一根传动杆7上，所述一根传动杆7铰接在铰接块9的另一侧。
进一步地，所述仿生翼型肋板一号5的最大厚度t位于弦长c的19.86％位置处，最大弯度f位于弦长c的49.32％位置处，当弦长c为单位长度1时，最大厚度t为0.1076，最大弯度f为0.1089；
所述仿生翼型肋板二号6最大厚度t位于弦长c的16.64％位置处,最大弯度f位于弦长c的42.68％位置处，当弦长c为单位长度1时，最大厚度t为0.1084，最大弯度f为0.1097。
更近一步地，所述仿生翼型肋板一号5和仿生翼型肋板二号6的翼面所对应的坐标值为：
Figure BDA0001404960970000021
Figure BDA0001404960970000031
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明利用了仿生学的原理，提出一种新型的双段式仿生扑翼无人机机翼，提高了飞行器的气动效率和灵活性。信鸽能够长时间、远距离飞行，并且飞行升降较快，说明其具有良好的升阻特性和灵活性。本发明所提供的扑翼无人机机翼继承了信鸽的良好特性，对机翼主副翼平面参数和截面翼型进行仿生设计，具有先进和实用性。本发明提供的机翼外形具有结构简单，重量轻，气动布局简单，灵活性强等优点。
附图说明
图1为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼的整体结构示意图；
图2为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼的单侧机翼立体结构示意图；
图3为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼中，主翼与副翼之间的连接结构示意图；
图4为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼中，仿生翼型肋板一号的示意图；
图5为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼中，信鸽翼形一号的示意图；
图6为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼中，仿生翼型肋板二号的示意图；
图7为本发明所述一种双段式仿生扑翼无人机机翼中，信鸽翼形二号的示意图；
图8为本发明中的信鸽翼形一号、信鸽翼形二号以及标准翼型NACA2412在攻角为0°～20°，雷诺数为105时的升阻比对比曲线图；
图9为本发明中的信鸽翼形一号、信鸽翼形二号以及标准翼型NACA2412在攻角为0°～20°，雷诺数为105时的升力系数对比曲线图。
图中：
1主翼、 2副翼、 3机体、 4转轴、
5仿生翼型肋板一号、 6仿生翼型肋板二号、 7传动杆、 8支撑杆、
9铰接块。
具体实施方式
本发明借鉴自然界中的鸟类翅膀的特性对现有的机翼翼形所存在的缺陷进行改进，考虑到信鸽飞行与扑翼飞行器运行工况最为相似，本发明采用逆向工程得到的信鸽翅膀平面参数和翼型，对扑翼无人机机翼翼形进行优化，提供了一种双段式仿生扑翼无人机机翼，以实现在降低机翼重量的同时，提高机翼气动效率和灵活性。为进一步阐述本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
如图1所示，本发明提供了一种双段式仿生扑翼无人机机翼，所述机翼为双段式机翼，由副翼2、主翼1和机体3组成。所述机翼为轴对称结构，每侧均由副翼2和主翼1连接组成，其中，所述副翼2内侧与机体3通过转轴4连接，所述主翼1通过铰接块9与副翼2外侧连接。
如图2和图3所示，所述副翼2由四个仿生翼型肋板一号5、两根传动杆7和一根支撑杆8组成；所述主翼1由一个仿生翼型肋板一号5、四根仿生翼型肋板二号6和一根传动杆7组成；所述副翼2的两根传动杆7上下平行设置，且分别与铰接块9的一侧上下铰接于两点，主翼1的一个传动杆7与铰接块9的另一侧上方铰接于一点，进而使主翼1与副翼2之间通过铰接块9铰接，并实现主翼1与副翼2在竖直方向上上下相对摆动。
所述机翼为轴对称结构，其单侧机翼长度为400±40mm，主副翼长度比为3:2，机翼总面积0.09㎡±0.01㎡，展弦比为8.1±0.2。
所述副翼2的四个仿生翼型肋板一号5等间距地平行安装在副翼2的两根传动杆7上；四个仿生翼型肋板一号5均垂直设置于传动杆7上，仿生翼型肋板一号5最大厚度处与传动杆7相连接，所述支撑杆8与传动杆7相平行地安装在四个仿生翼型肋板一号5上，且支撑杆8位于传动杆7的后侧。
所述主翼1的一个仿生翼型肋板一号5、四根仿生翼型肋板二号6由内到外依次等间距地平行安装在主翼1的一根传动杆7上；仿生翼型肋板一号5和仿生翼型肋板二号6均垂直安装于传动杆7上，仿生翼型肋板一号5最大厚度t处与传动杆7相连接，所述仿生翼型肋板二号6的最大厚度处t与传动杆7相连接。
如图4所示，所述仿生翼型肋板一号5的最大厚度t位置，前后分别开有传动杆安装孔和支撑杆安装孔。如图5所示，所述仿生翼型肋板一号5取自信鸽翅膀半翼展，所述仿生翼型肋板一号5以信鸽翅膀根部为起始位置，至信鸽翅膀半翼展的80％位置处的区域，最大厚度t位于弦长c的19.86％位置处,最大弯度f位于弦长c的49.32％位置处，当弦长c为单位长度1时，最大厚度t为0.1076，最大弯度f为0.1089。
如图6所示，所述仿生翼型肋板二号6的最大厚度位置开有传动杆安装孔。如图7所示，所述仿生翼型肋板二号6取自信鸽翅膀半翼展，所述仿生翼型肋板二号6以信鸽翅膀根部为起始位置，至信鸽翅膀半翼展的30％位置处的区域，最大厚度t位于弦长c的16.64％位置处,最大弯度f位于弦长c的42.68％位置处，当弦长c为单位长度1时，最大厚度t为0.1084，最大弯度f为0.1097。仿生翼型肋板一号和仿生翼型肋板二号的翼面所对应的坐标值满足下表：
表1
Figure BDA0001404960970000051
Figure BDA0001404960970000061
如图8所示，通过计算机仿真模拟获得本发明中的仿生翼型肋板一号5所采用的信鸽翼形一号、仿生翼型肋板二号6所采用的信鸽翼形二号与标准翼形NACA2412在攻角为3°～20°，雷诺数为105时的升阻比对比曲线，从图8中可以看出，在此工况下，本发明所述机翼的主翼1中仿生翼型肋板二号6所采用的信鸽翼形二号的升阻比高于信鸽翼形一号和标准翼型NACA2412，最大升阻比提高达到2.19倍。
如图9所示，通过计算机仿真模拟获得本发明中的仿生翼型肋板一号5所采用的信鸽翼形一号、仿生翼型肋板二号6所采用的信鸽翼形二号与标准翼形NACA2412在攻角为3°～20°，雷诺数为105时的升力系数对比曲线，从图8中可以看出，在此工况下，本发明所述机翼的副翼2中仿生翼型肋板一号5所采用的信鸽翼形一号的升力系数高于信鸽翼形二号和标准翼型NACA2412，最大升力系数提高达到1.91倍。
综上所述，当雷诺数为105，攻角为3°～20°时，本发明所述机翼所采用的信鸽翼形一号和信鸽翼形二号的升力系数均高于标准翼型NACA2412，本发明所述机翼的主翼1的仿生翼型肋板二号6采用升阻比较高的信鸽翼形二号作为仿生翼形，以用于产生足够的推力；副翼2的仿生翼型肋板一号5采用升力系数较高的信鸽翼形一号作为仿生翼形，以用于产生足够的升力。本发明所述的双段式仿生扑翼无人机机翼与现有的机翼相比，气动效率有明显提高，主翼与副翼分别产生推力和升力，大大提高了扑翼飞行器的灵活性。

Claims (1)

1.一种双段式仿生扑翼无人机机翼，由副翼(2)、主翼(1)和机体(3)组成，其特征在于：
每侧均由副翼(2)和主翼(1)连接组成，其中，所述副翼(2)内侧与机体(3)通过转轴(4)连接，所述主翼(1)通过铰接块(9)与副翼(2)外侧连接；
所述副翼(2)由四个仿生翼型肋板一号(5)、两根传动杆(7)和一根支撑杆(8)组成，所述四个仿生翼型肋板一号(5)垂直安装在两根上下平行设置的传动杆(7)上，支撑杆(8)与传动杆(7)相平行地安装在四个仿生翼型肋板一号(5)上，且支撑杆(8)位于传动杆(7)的后侧，所述两根传动杆(7)分别铰接在铰接块(9)的一侧；
所述主翼(1)由一个仿生翼型肋板一号(5)、四根仿生翼型肋板二号(6)和一根传动杆(7)组成，所述仿生翼型肋板一号(5)和仿生翼型肋板二号(6)均垂直安装于一根传动杆(7)上，所述一根传动杆(7)铰接在铰接块(9)的另一侧；
所述仿生翼型肋板一号(5)的最大厚度(t)位于弦长(c)的19.86％位置处，最大弯度(f)位于弦长(c)的49.32％位置处，当弦长(c)为单位长度1时，最大厚度(t)为0.1076，最大弯度(f)为0.1089；
所述仿生翼型肋板二号(6)最大厚度(t)位于弦长(c)的16.64％位置处,最大弯度(f)位于弦长(c)的42.68％位置处，当弦长(c)为单位长度1时，最大厚度(t)为0.1084，最大弯度(f)为0.1097；
所述仿生翼型肋板一号(5)和仿生翼型肋板二号(6)的翼面所对应的坐标值为：
Figure FDA0002432706220000011
Figure FDA0002432706220000021
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