專利名稱：一種微型撲翼機的機翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機翼，尤其是一種撲翼機的機翼。
背景技術(shù)：
微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類飛行的新概念飛行器，它具有體積小、重量輕、 隱蔽性好，使用靈活、效率高等優(yōu)勢，如果搭載傳感器和相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸和飛行控制系統(tǒng)， 形成微型撲翼無人機平臺，就會具有廣闊的應(yīng)用前景。圍繞這一課題，各國已研制出可控飛行的撲翼飛行器，其中較成功的有美國Aero Vironment公司與加利福尼亞大學(xué)合作的 "Microbat"以及荷蘭Delft大學(xué)的“Delfly”等，但其性能距離實用化還有較大的差距，這主要體現(xiàn)為飛行時間有限，有效載荷小，操縱控制難度大等方面。究其原因，撲翼飛行器機翼的氣動效率低、功率消耗大、可靠性差是相當重要的因素。目前已經(jīng)實現(xiàn)飛行的撲翼機多采用平板翼型機翼，研究表明，這類機翼的升力系數(shù)較小，為了產(chǎn)生足夠的升力需要較大的迎角，這就增大了阻力，升阻比較小，導(dǎo)致氣動效率低，影響撲翼機的整體性能。中國專利公開號CN100467347C，
公開日2009年3月11日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為一種兩段式微型撲翼飛機機翼，該申請案公開了一種微型撲翼飛機的機翼，分為內(nèi)外兩段，外翼段為平面翼型，內(nèi)翼段為弧度翼型，外翼段有前主梁和斜梁，內(nèi)翼段有互相平行的前主梁和尾梁。其不足之處是，內(nèi)翼段與外翼段外形和結(jié)構(gòu)剛度變化較為突然，易造成結(jié)構(gòu)破壞，可靠性差，機翼整體氣動效率也會降低。近年來，為了提高撲翼機機翼的氣動效率，出現(xiàn)了一些采用機構(gòu)對翼的形狀進行被動或主動改變的撲翼飛機機翼，這類機翼的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具有較大的重量和轉(zhuǎn)動慣量， 增加了撲翼驅(qū)動系統(tǒng)的功耗，降低了撲翼飛機的壽命和可靠性；實現(xiàn)形狀改變與撲動的配合需要精準的控制，增加了撲翼飛機控制的難度。中國專利公開號CN201217500Y，
公開日2009年4月8日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為仿生飛行器機翼，該申請案公開了一種板狀結(jié)構(gòu)機翼，貫穿機翼上下表面有減阻孔，減阻孔內(nèi)通過葉片軸鉸接葉片。葉片可在機翼上下?lián)鋭訒r，被動地或由機構(gòu)操控主動的進行開合運動， 達到減阻增升的目的。其不足之處是，葉片及其機構(gòu)會增加機翼的重量和轉(zhuǎn)動慣量，增加撲動所需動力，減少撲動機構(gòu)和機翼本身的壽命；葉片開合需要與撲動位置配合，增加控制難度。中國專利公開號C擬918218Y，
公開日2007年7月4日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為可折兩段式撲翼機機翼。該申請案公開了一種可折為兩段式的撲翼機機翼，分為可對折的內(nèi)翼段和外翼段，由傳動曲軸和拉桿配合，在機翼上下?lián)鋭拥耐瑫r產(chǎn)生內(nèi)外翼段的相對折疊運動，模擬海鷗等鳥類飛行時的撲翅狀態(tài)。其不足之處是，曲軸、拉桿結(jié)構(gòu)的強度和重量矛盾尖銳， 難以同時具備足夠強度并且輕量化，這就導(dǎo)致機翼壽命下降，可靠性差。中國專利公開號CN101492094A，
公開日2009年7月四日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種能夠單向彎曲的微型撲翼機的撲翼。該申請案公開了一種能夠單向彎曲的撲翼，其展向梁斷
3開為兩段，在斷開處上下表面分別固定可伸縮的彈性材料和可單向變形的連接片，實現(xiàn)下?lián)鋾r撲翼完全展開，上撲時撲翼部分折疊的效果。其不足之處是，折疊效果完全由彈性材料在氣動力的作用下被動產(chǎn)生，當撲翼撲動頻率較高時，折疊效果會受到相當程度的削弱；彈性材料的老化和壽命直接影響撲翼整體的性能和壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)機翼氣動效率低，結(jié)構(gòu)剛度分布不合理，可靠性差的不足，本發(fā)明提供一種微型撲翼機的機翼，能夠提高撲翼機機翼的氣動效率，簡化機翼結(jié)構(gòu)，提高機翼可靠性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括主梁、輔助梁、翼肋和蒙皮。所述主梁平直，五根翼肋的前緣點固定在主梁上，由主梁根部開始，占據(jù)主梁展向長度的三分之二至五分之四。1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋垂直于主梁，4號翼肋和5號翼肋與主梁梢部方向成銳角；1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋弦長相等，4號翼肋和5號翼肋的弦長依次減小，均短于1號翼肋，形成的機翼平面形狀為翼尖后緣切角，展弦比6 8，前緣為主梁中心線、根部為1號翼肋弦線，后緣根部一側(cè)為1號翼肋和3號翼肋的后緣點構(gòu)成的直線，從3號翼肋開始到主梁梢部的部分為二次樣條曲線，其在3號翼肋后緣點同1號翼肋和3號翼肋后緣點構(gòu)成的直線相切，依次連接4號翼肋后緣點、5號翼肋后緣點和主梁梢部端點。1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋的翼型均采用薄翼型，5號翼肋平直，4號翼肋為前兩者的過渡翼型。輔助梁呈弧形，外緣點固定于主梁梢部端點和5號翼肋后緣點之間的主梁上，根部通過號翼肋后半部分，其弧度保證輔助梁與五根翼肋對應(yīng)位置接觸并固定。所述4號翼肋的弦長為1號翼肋弦長的90% _97%，5號翼肋的弦長1號翼肋弦長的70%-80%。4號翼肋與主梁向外側(cè)方向的夾角為70-80°，5號翼肋與主梁外側(cè)方向的夾角為55-65°。所有翼肋的前緣點和后緣點均位于機翼參考平面內(nèi)。輔助梁與1號翼肋的接觸點位于1號翼肋75% -85%弦長位置。主梁、輔助梁和翼肋構(gòu)成機翼結(jié)構(gòu)框架，在框架上方貼合蒙皮，形成完整的機翼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)和空氣動力學(xué)方面獲得了有益效果機翼主梁和輔助梁和它們之間的翼肋形成了一個剛性較大的區(qū)域，而這個區(qū)域之外的翼肋為懸臂梁的形式，可進行較大的彈性變形。輔助梁的位置使得機翼外段的翼肋進行彈性變形的區(qū)域較大，內(nèi)段進行彈性變形的區(qū)域較小，有利于外段產(chǎn)生推力，內(nèi)段產(chǎn)生升力。整個機翼剛度分布過渡平緩，結(jié)構(gòu)連續(xù)性好，具有良好的受力特性，且結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。通過在給定范圍內(nèi)調(diào)整展弦比、4號肋4和5號肋5的傾斜角度和弦長比例以及輔助梁7定位點的位置，可以在滿足基本飛行要求的基礎(chǔ)上，一定程度上改變機翼的剛度分布，從而改變撲動過程中彈性變形的大小和分布，滿足不同的飛行性能需求。增大展弦比，減小4號肋4、5號肋5與主梁6的夾角、增加它們的弦長、將輔助梁7 外端點外移，將其與1號肋1接觸位置前移，都可以增加機翼外段的彈性變形量，撲動時獲得較大的推力；減小展弦比、增加4號肋4、5號肋5與主梁6的夾角、減小他們的弦長，將輔助梁7外端點內(nèi)移，將其與1號肋1接觸位置后移，都可以減少機翼外段的彈性變形量，撲動時獲得較大的升力。該機翼的結(jié)構(gòu)剛度分布和彈性變形特性合理，撲動過程中能夠提供更大的氣動升力和推力，并獲得了氣動升力和推力的良好組合，同時減小了機翼撲動的能量消耗，整體性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。


圖1為實施例3的示意圖(軸測圖)圖2為實施例3的示意圖(俯視圖)。圖中:1-1號肋，2-2號肋，3-3號肋，4-4號肋，5-5號肋，6-主梁，7-輔助梁，8-蒙皮。
具體實施例方式為了克服現(xiàn)有技術(shù)機翼氣動效率低，結(jié)構(gòu)剛度分布不合理，可靠性差的不足，本發(fā)明提供一種微型撲翼機的機翼，能夠提高撲翼機機翼的氣動效率，簡化機翼結(jié)構(gòu)，提高機翼可靠性。研究表明，撲翼機機翼的內(nèi)段主要產(chǎn)生升力，其大小同機翼橫截面形狀和剛度分布有關(guān)，機翼的外段主要產(chǎn)生推力，其大小與由機翼外段后緣形狀和機翼外段翼肋的傾斜角度確定的剛度分布有關(guān)。下面結(jié)合附圖給出微型撲翼機機翼的實施例。實施例1 本實施例是一副微型撲翼機的機翼包括1號肋1、2號肋2、3號肋3、4號肋4、5號肋5、主梁6、輔助梁7、蒙皮8。以左機翼為例，在實施過程中1號肋1、2號肋2、3號肋3、4號肋4、5號肋5、主梁6、輔助梁7為碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料桿件，展弦比取為8，即1號肋1的弦長為主梁6長度的25%。主梁6平直， 五根翼肋1-5的前緣點固定在主梁6上，由主梁6根部開始，占據(jù)主梁6展向長度的三分之二，1號肋1、2號肋2和3號肋3垂直于主梁，4號肋4和5號肋5與主梁梢部方向成銳角， 角度分別為70°和55°。1號肋1、2號肋2和3號肋3弦長相等，4號肋4和5號肋5的弦長依次減小，均短于1號肋1，分別為1號肋1弦長的97%和80%。1號肋1、2號肋2和 3號肋3的翼型均采用薄翼型，5號肋5平直，4號肋4為前兩者的過渡翼型。輔助梁7呈弧形，外緣點固定于主梁6梢部端點和5號肋之間，距主梁外端點15%的主梁長度，根部通過 1號肋1后半部分距后緣點75%的弦長位置，其弧度保證輔助梁7與五根翼肋對應(yīng)位置接觸。主梁6與翼肋1-5、翼肋1-5與輔助梁7之間的固定均采用浸潤膠水的芳綸纖維捆綁。 主梁6和輔助梁7均在翼根處延伸一定長度以便同機身連接。至此，完成了主梁6、輔助梁 7和翼肋1-5構(gòu)成的機翼框架，在框架上方覆蓋聚酯蒙皮8，用粘合劑同機翼框架貼合，構(gòu)成完整的機翼。右機翼的構(gòu)成與制作同左機翼。實施例1制作的機翼撲動時具有較大的彈性變形量，可以產(chǎn)生更大的推力。實施例2
本實施例是一副微型撲翼機的機翼包括1號肋1、2號肋2、3號肋3、4號肋4、5號肋5、主梁6、輔助梁7、蒙皮8。以左機翼為例，在實施過程中1號肋1、2號肋2、3號肋3、4號肋4、5號肋5、主梁6、輔助梁7為碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料桿件，展弦比取為6，即1號肋1的弦長為主梁6長度的33%。主梁6平直， 五根翼肋1-5的前緣點固定在主梁6上，由主梁6根部開始，占據(jù)主梁6展向長度的五分之四，1號肋1、2號肋2和3號肋3垂直于主梁，4號肋4和5號肋5與主梁梢部方向成銳角， 角度分別為80°和65°。1號肋1、2號肋2和3號肋3弦長相等，4號肋4和5號肋5的弦長依次減小，均短于1號肋1，分別為1號肋1弦長的90%和70%。1號肋1、2號肋2和 3號肋3的翼型均采用薄翼型，5號肋5平直，4號肋4為前兩者的過渡翼型。輔助梁7呈弧形，外緣點固定于主梁6梢部端點和5號肋之間，距主梁外端點5%的主梁長度，根部通過 1號肋1后半部分距后緣點85%的弦長位置，其弧度保證輔助梁7與五根翼肋對應(yīng)位置接觸。主梁6與翼肋1-5、翼肋1-5與輔助梁7之間的固定均采用浸潤膠水的芳綸纖維捆綁。 主梁6和輔助梁7均在翼根處延伸一定長度以便同機身連接。至此，完成了主梁6、輔助梁 7和翼肋1-5構(gòu)成的機翼框架，在框架上方覆蓋聚酯蒙皮8，用粘合劑同機翼框架貼合，構(gòu)成完整的機翼。右機翼的構(gòu)成與制作同左機翼。實施例2制作的機翼撲動時具有較小的彈性變形量，可以產(chǎn)生更大的氣動升力。實施例3 本實施例是一副微型撲翼機的機翼包括1號肋1、2號肋2、3號肋3、4號肋4、5號肋5、主梁6、輔助梁7、蒙皮8。以左機翼為例，在實施過程中1號肋1、2號肋2、3號肋3、4號肋4、5號肋5、主梁6、輔助梁7為碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料桿件，展弦比取為7，即1號肋1的弦長為主梁6長度的觀％。主梁6平直， 五根翼肋1-5的前緣點固定在主梁6上，由主梁6根部開始，占據(jù)主梁6展向長度的73%， 1號肋1、2號肋2和3號肋3垂直于主梁，4號肋4和5號肋5與主梁梢部方向成銳角，角度分別為78°和63°。1號肋1、2號肋2和3號肋3弦長相等，4號肋4和5號肋5的弦長依次減小，均短于1號肋1，分別為1號肋1弦長的95%和73%。1號肋1、2號肋2和3 號肋3的翼型均采用薄翼型，5號肋5平直，4號肋4為前兩者的過渡翼型。輔助梁7呈弧形，外緣點固定于主梁6梢部端點和5號肋之間，距主梁外端點10. 5%的主梁長度，根部通過1號肋1后半部分距后緣點78%的弦長位置，其弧度保證輔助梁7與五根翼肋對應(yīng)位置接觸，。主梁6與翼肋1-5、翼肋1-5與輔助梁7之間的固定均采用浸潤膠水的芳綸纖維捆綁。主梁6和輔助梁7均在翼根處延伸一定長度以便同機身連接。至此，完成了主梁6、輔助梁7和翼肋1-5構(gòu)成的機翼框架，在框架上方覆蓋聚酯蒙皮8，用粘合劑同機翼框架貼合， 構(gòu)成完整的機翼。右機翼的構(gòu)成與制作同左機翼。實施例3制作的機翼撲動時獲得氣動升力和推力的良好組合，具有突出的綜合性能。
權(quán)利要求
1.一種微型撲翼機的機翼，包括主梁、輔助梁、翼肋和蒙皮，其特征在于所述主梁平直，五根翼肋的前緣點固定在主梁上，由主梁根部開始，占據(jù)主梁展向長度的三分之二至五分之四；1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋垂直于主梁，4號翼肋和5號翼肋與主梁梢部方向成銳角；1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋弦長相等，4號翼肋和5號翼肋的弦長依次減小，均短于 1號翼肋，形成的機翼平面形狀為翼尖后緣切角，輔助梁呈弧形，外緣點固定于主梁梢部端點和5號翼肋后緣點之間的主梁上，根部通過號翼肋后半部分，其弧度保證輔助梁與五根翼肋對應(yīng)位置接觸并固定；主梁、輔助梁和翼肋構(gòu)成機翼結(jié)構(gòu)框架，在框架上方貼合蒙皮， 形成完整的機翼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的機翼平面的展弦比 6 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的機翼平面的前緣為主梁中心線、根部為1號翼肋弦線，后緣根部一側(cè)為1號翼肋和3號翼肋的后緣點構(gòu)成的直線，從3號翼肋開始到主梁梢部的部分為二次樣條曲線，其在3號翼肋后緣點同1號翼肋和 3號翼肋后緣點構(gòu)成的直線相切，依次連接4號翼肋后緣點、5號翼肋后緣點和主梁梢部端點ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋的翼型均采用薄翼型，5號翼肋平直，4號翼肋為前兩者的過渡翼型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的4號翼肋的弦長為1 號翼肋弦長的90% -97%，5號翼肋的弦長1號翼肋弦長的70% -80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的4號翼肋與主梁向外側(cè)方向的夾角為70-80°，5號翼肋與主梁外側(cè)方向的夾角為55-65°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的所有翼肋的前緣點和后緣點均位于機翼參考平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型撲翼機的機翼，其特征在于所述的輔助梁與1號翼肋的接觸點位于1號翼肋75% -85%弦長位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型撲翼機的機翼，主梁平直，五根翼肋的前緣點固定在主梁上，1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋垂直于主梁，4號翼肋和5號翼肋與主梁梢部方向成銳角；1號翼肋、2號翼肋和3號翼肋弦長相等，4號翼肋和5號翼肋的弦長依次減小，均短于1號翼肋，輔助梁呈弧形，外緣點固定于主梁梢部端點和5號翼肋后緣點之間的主梁上，根部通過號翼肋后半部分，輔助梁與五根翼肋對應(yīng)位置接觸并固定；主梁、輔助梁和翼肋構(gòu)成機翼結(jié)構(gòu)框架，在框架上方貼合蒙皮，形成完整的機翼。整個機翼剛度分布過渡平緩，結(jié)構(gòu)連續(xù)性好，具有良好的受力特性，且結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。
文檔編號B64C33/02GK102501972SQ20111036987
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月20日
發(fā)明者付鵬, 宋筆鋒, 李洋, 楊文青, 樊邦奎, 王利光, 王進, 魯合營 申請人:西北工業(yè)大學(xué)