一種壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及微型飛行器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]微型飛行器(MAV)的概念最早于1992年由美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局(DARPA)提出。當(dāng)時(shí)提出的MAV的尺寸標(biāo)準(zhǔn)為機(jī)體的長(zhǎng)、寬、高均不超過(guò)0.15m，最大重量為0.1kg左右，有效載荷為0.056kg左右，速度為10?20m/s，美國(guó)從實(shí)用載荷需求考慮，通常尺寸小于0.33m。常分為固定翼、旋翼、撲翼三種。
[0003]微型撲翼飛行器一種模仿鳥(niǎo)類(lèi)或昆蟲(chóng)飛行的新型飛行器，采用翅膀的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)飛行的微型飛行器。與固定翼和旋翼相比，撲翼飛行方式具有更大的升阻比，更強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力和更加靈活的機(jī)動(dòng)性，具有垂直起降和懸停功能，在小空間更具優(yōu)勢(shì)。其撲動(dòng)與鳥(niǎo)類(lèi)或昆蟲(chóng)類(lèi)十分類(lèi)似，具有很強(qiáng)的隱蔽性，在軍用和民用方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]微型撲翼飛行器在國(guó)外研究較多，較典型的有加州大學(xué)研制“MicroBat”，斯坦福研究中心和多倫多大學(xué)共同研制的“Mentor”，以及美國(guó)研發(fā)的新一代“蜂鳥(niǎo)”。國(guó)內(nèi)的西北工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等都在進(jìn)行微型飛行器的研究。
[0005]壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、體積小、精度高、驅(qū)動(dòng)功率小、輸出力大等特點(diǎn)，適用于微型撲翼飛行器。
[0006]公開(kāi)號(hào)103708033A、申請(qǐng)?zhí)?01310719532.6的中國(guó)專(zhuān)利，提供了一種基于柔性鉸鏈的雙壓電驅(qū)動(dòng)式微型撲翼飛行器。該專(zhuān)利采用鉸鏈作為壓電片的放大機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)響應(yīng)頻率受限；該專(zhuān)利只采用雙翼，較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。
[0007]蜻蜓翅膀的振動(dòng)頻率30-50HZ，翅膀輕，卻可以承受高頻率的交變應(yīng)力，能承受拍打、滑翔、盤(pán)旋等各種姿態(tài)下的不同負(fù)載，具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性和承載能力，還具有自清潔、扛疲勞、消振降噪等功能，是微型撲翼飛行器的研究的天然模板，然而目前沒(méi)有微型撲翼飛行器能夠利用蜻蜓翅膀的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器，以期望可以通過(guò)利用蜻蜓翅膀飛行的優(yōu)勢(shì)解決現(xiàn)有飛行器不能承受高頻率的交變應(yīng)力、飛行姿態(tài)受限、穩(wěn)定性差和承載能力弱等問(wèn)題。
[0009]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案:
[0010]一種壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器，包括飛行器軀干、機(jī)翼固定板、仿蜻蜓式機(jī)翼和四個(gè)雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器；所述飛行器軀干包括一個(gè)固定倉(cāng)，機(jī)翼固定板固定在該固定倉(cāng)的腔體內(nèi)，該固定倉(cāng)的兩個(gè)對(duì)立的側(cè)壁設(shè)置固定孔，所述仿蜻蜓式機(jī)翼穿過(guò)該固定孔后固定在機(jī)翼固定板上；所述仿蜻蜓式機(jī)翼包括一對(duì)前翅翼和一對(duì)后翅翼共四個(gè)翅翼，所述雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器一端穿過(guò)固定孔并與翅翼的翅根固定，其余部分懸空，形成懸臂梁式結(jié)構(gòu)，每一個(gè)雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器在電壓激勵(lì)下分別控制一個(gè)翅翼產(chǎn)生拍打運(yùn)動(dòng)或者調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)方向。
[0011]所述飛行器軀干還包括一個(gè)機(jī)身頭部和一個(gè)尾翼，所述機(jī)身頭部的輪廓為流線型，所述尾翼為圓棒狀。機(jī)身頭部常采用圓頭流線型或者尖頭流線型，但也可以采用其它能夠降低空氣阻力的形狀。
[0012]所述飛行器軀干采用碳素纖維材料制成。
[0013]所述仿蜻蜓式機(jī)翼的翅脈采用碳纖維材料制成，其翅膜采用聚酯薄膜制成。
[0014]所述翅膜上具有模仿蜻蜓翅膀的前緣脈和壓前緣脈。
[0015]所述機(jī)翼固定板包括前后兩個(gè)，一對(duì)前翅翼對(duì)稱(chēng)固定在前機(jī)翼固定板上，一對(duì)后翅翼對(duì)稱(chēng)固定在后機(jī)翼固定板上。
[0016]所述雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器包含兩層主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)方形壓電陶瓷片，所述翅翼的翅根固定在兩層主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)方形壓電陶瓷片之間形成被動(dòng)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)層。
[0017]四個(gè)所述雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器由四個(gè)電源分別控制，任意雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)頻率能夠單獨(dú)調(diào)節(jié)。
[0018]所述固定孔為4個(gè)，兩兩對(duì)稱(chēng)分布于固定倉(cāng)的兩個(gè)對(duì)立的側(cè)壁上，每個(gè)固定孔限制相互固定的一個(gè)翅翼和一個(gè)雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)位置。
[0019]所述仿蜻蜓式機(jī)翼與機(jī)翼固定板通過(guò)粘接劑相互固定，所述雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器與翅翼的翅根通過(guò)粘接劑相互固定。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是:本發(fā)明與現(xiàn)有撲翼飛行器相比，機(jī)翼采用仿蜻蜓翅翼結(jié)構(gòu)。此種仿生結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)筋脈力學(xué)布局，可以承受高頻率的交變應(yīng)力，能承受拍打、滑翔、盤(pán)旋等各種姿態(tài)下的不同負(fù)載；此種仿生結(jié)構(gòu)采用四翅翼，可獲得優(yōu)異的平衡穩(wěn)定性、姿態(tài)控制多樣性；同時(shí)，更多的翅翼獲得更大的承載能力。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器的飛行器軀干結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器的前翅翼結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器的后翅翼結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明的壓電式仿蜻蜓微型撲翼飛行器的主要結(jié)構(gòu)為飛行器軀干、機(jī)翼固定板、仿蜻蜓式機(jī)翼和四個(gè)雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器，如圖1和圖2所示，飛行器軀干1采用輕質(zhì)材料如碳素纖維材料制成，具有一個(gè)固定倉(cāng)101、機(jī)身頭部102和尾翼103。機(jī)身頭部102的主要作用是降低空氣阻力，且機(jī)身頭部102和尾翼103還能夠起到平衡機(jī)身的作用，所述機(jī)身頭部102輪廓為流線型，如圓頭流線型，結(jié)構(gòu)接近羽毛球球頭，所述尾翼103為圓棒狀。固定倉(cāng)101可以是內(nèi)部具有空腔的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，固定倉(cāng)101的作用是承載和固定飛行器的其它結(jié)構(gòu)或者承載某些微型設(shè)備，如機(jī)翼固定板104就是固定在固定倉(cāng)101的空腔中，其位置要考慮機(jī)身的平衡性，應(yīng)當(dāng)在固定倉(cāng)101的中間。固定倉(cāng)101的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的側(cè)壁設(shè)置固定孔105，仿蜻蜓式機(jī)翼2穿過(guò)該固定孔105后固定在機(jī)翼固定板104上。仿蜻蜓式機(jī)翼2包括一對(duì)前翅翼201和一對(duì)后翅翼202共四個(gè)翅翼，如圖3和圖4所不，仿蜻蜓式機(jī)翼2分為翅脈和翅膜兩個(gè)不同的部分，翅脈采用碳纖維材料制成，而翅膜采用聚酯薄膜制成，這兩種材料都是輕質(zhì)材料，且翅膜上具有蜻蜓翅膀上的前緣脈2012、2022和壓前緣脈2013、2023。雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器3 —端穿過(guò)固定孔105并與翅翼的翅根2011、2021固定，其余部分懸空，形成懸臂梁式結(jié)構(gòu)，每一個(gè)雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器3在電壓激勵(lì)下分別控制一個(gè)翅翼產(chǎn)生拍打運(yùn)動(dòng)或者調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)方向。調(diào)節(jié)雙晶片壓電驅(qū)動(dòng)器的激勵(lì)頻率，直接作用于翅翼，可產(chǎn)生大幅