技术领域
[0001] 本公开属于扑翼飞行器领域，具体涉及一种微型仿生折叠扑翼系统及其飞行器。
相关背景技术
[0002] 微型飞行器的概念最早由美国兰德公司提出,微型扑翼飞行器因其能够在小尺寸、低雷诺数条件下实现悬停，且具有气动噪音小、机动性强、隐蔽性好、能效高和安全性高等优点，无论在军事还是民用领域，都具有广泛的应用前景，因此成为微型飞行器领域的研究热点。
[0003] 为了进一步提高微型扑翼飞行器的整体性能和减少其体积，一些研究人员从鞘翅目(如甲虫)中寻找解决方案。甲虫的翅膀折叠机制提供了一种减小飞行器体积的思路，在地面上保护飞行器结构并在飞行时展开提供空气动力。然而，现有的仿生可折叠翅膀由于折叠复杂或质量过重，往往不能满足实际飞行的要求。
[0004] 目前，大多数微型扑翼飞行器不具备折叠功能，体积较大，不便于携带。现有的仿生可折叠翅膀因其设计复杂、折叠比小或质量较重，难以在实际飞行中应用。这些问题亟需解决，以便开发出一种能够减小飞行器体积且具备优良飞行性能的仿生折叠翼系统。
[0005] 基于上述问题现提出一种微型仿生折叠扑翼系统及其飞行器。
具体实施方式
[0032] 下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
[0033] 如图1‑图7所示，一种微型仿生折叠扑翼系统，包括；
[0034] 可折叠的扑翼翅膀，扑翼翅膀包括翅脉和粘附在翅脉上的翼膜2‑1；
[0035] 所述扑翼翅膀上翅脉包括多个呈放射性设置的，翅脉与翼膜2‑1构成柔性铰链，如此在需要对扑翼翅膀进行折叠时通过对翅脉施加力矩使得扑翼翅膀会从翅脉放射性设置的中心点呈规律地扇形折叠；
[0036] 所述翅脉可以是薄片状，扇骨状、网片状等，在一些实施方式中，扑翼翅膀具体结构如图1、图2和图4所示；
[0037] 仿生可折叠翅膀2包括翼膜2‑1、第一翅脉2‑2、第二翅脉2‑3、第三翅脉2‑4、第四翅脉2‑5和第五翅脉2‑6；
[0038] 翼膜2‑1为0.05～0.2mm聚酰亚胺材质，具有较好机械性能与高耐热性，可以承受扑动所产生的气动力且适配后续的热压加工，优先采用0.1mm厚度；
[0039] 五个翅脉均由0.1mm～0.3mm碳纤维板激光切割制备，所述翅脉包括两个竖杆，两个竖杆之间设有横杆。第一翅脉2‑2、第二翅脉2‑3、第四翅脉2‑5、第五翅脉2‑6两个竖杆夹角均为22.5度其和为90度，第三翅脉2‑4两个竖杆相互水平，第一、二、三、四翅脉末端边长与第三翅脉2‑4相近，优先采用0.2mm厚度；
[0040] 五个翅脉由PET热胶通过120度热压加工交替粘接于翼膜2‑1的两侧，每个翅脉间留有0.1～0.3mm左右的间隙，翅脉与翼膜2‑1构成柔性铰链，使得翅膀会规律地扇形折叠，推荐间隙为0.2mm；
[0041] 折叠翼的折叠过程如图6所示，折叠状态下翼膜2‑1在第一翅脉2‑2、第二翅脉2‑3、第四翅脉2‑5、第五翅脉2‑6的驱使与第三翅脉2‑4重叠，折叠状态下翅脉顺序从上到下依次为第三翅脉2‑4、第二翅脉2‑3、第四翅脉2‑5、第一翅脉2‑2、第五翅脉2‑6；
[0042] 在一些实施方案中
[0043] 仿生可折叠翅膀2展开时展长120mm、弦长35mm，折叠后展长27mm；
[0044] 仿生可折叠翅膀2展长边粘接于2‑8翅膀平向杆上与对扑翼翅膀翅脉施加力矩进行展开收缩的驱动装置连接，推荐直径1mm，材质碳纤维，弦长边粘接于2‑7翅膀竖向杆上与扑翼飞行器机身相连，推荐直径0.7mm，材质碳纤维，铰链机构1与飞行器扑动机构相连从而驱动翅膀扑动产生升力；
[0045] 进一步地，所述驱动装置为铰链机构1相连、微型电机等；
[0046] 在一些实施方式中，所述系统包括用于驱动仿生可折叠翅膀2展开折叠的铰链机构1；铰链机构1的固定铰链壳体固定安装在扑翼飞行器扑动机构输出端上，铰链机构1上设有与2‑8翅膀平向杆相互连接且可旋转的活动铰链壳体，通过活动铰链壳体的旋转来控制仿生可折叠翅膀2的姿态，活动铰链壳体可以通过电机、电动活塞缸、拉线进行驱动；
[0047] 在一些实施方式中，铰链机构1具体结构如图3所示，铰链机构1包括铰链外壳体1‑1、微型扭簧1‑2、销钉1‑3和铰链内壳体1‑4；
[0048] 铰链外壳体1‑1和铰链内壳体1‑4由尼龙3D打印制备；
[0049] 铰链内壳体1‑4嵌套于铰链外壳体1‑1中，微型扭簧1‑2嵌套于铰链内壳体1‑4中，微型扭簧1‑2两端分别通过安装孔固定于铰链内壳体1‑4和铰链外壳体1‑1中，销钉1‑3与铰链内壳体1‑4间隙配合与铰链外壳体1‑1过盈配合，安装时销钉1‑3穿过两个壳体和微型扭簧1‑2以固定三者同时充当铰链的转轴；
[0050] 两壳体可以绕销钉1‑3转轴相对转动，水平位置时由于上限位无法继续反向旋转，两壳体的相对转动角度约为90度；
[0051] 微型扭簧1‑2初始角度为180度，使得两壳体原始状态是相对平行的，当铰链相对转动后在扭簧的作用下两壳体总有恢复相对平行的趋势；
[0052] 如图1所示，铰链外壳体1‑1通过过盈配合连接于扑翼飞行器扑动机构输出端，铰链内壳体1‑4与仿生可折叠翅膀2相连接，两壳体只能沿竖直平面相对转动而不能沿水平平面相对转动，确保了扑动机构输出有效传递至飞行器翅膀且扑动过程中翅膀不发生折叠；
[0053] 铰链内壳体1‑4带有绑线环用于与拉线4的连接，铰链外壳体1‑1具有拉线4导孔用于拉线4的导向，确保拉线4拉力正确作用于铰链，使铰链转动，拉线4路径如图2所示。
[0054] 在一些实施例中，所述拉线4通过镍钛合金弹簧驱动机构3进行驱动；如图5所示，镍钛合金弹簧驱动机构3包括驱动机构框架3‑1、两片弹簧压片3‑2、温控镍钛合金弹簧3‑3、滑块3‑4、两根碳纤维杆3‑5；
[0055] 驱动机构框架3‑1和滑块3‑4由尼龙3D打印制备，弹簧压片3‑2由0.2mm304不锈钢激光切割制备；
[0056] 驱动机构框架3‑1通过过盈配合安装与飞行器机架上；
[0057] 温控镍钛合金弹簧3‑3的两端分别由弹簧压片3‑2通过M1螺栓螺母压紧安装于驱动机构框架3‑1和滑块3‑4上；
[0058] 碳纤维杆3‑5为滑块3‑4运动的导杆，通过过盈配合安装于驱动机构框架3‑1上，同时与滑块3‑4间隙配合，使得滑块3‑4沿导杆运动必要时需要加以润滑油润滑以降低运动时的阻力；
[0059] 弹簧压片3‑2在压紧镍钛合金弹簧与机架和滑块3‑4的同时将导线压紧于钛镍合金，确保导线与弹簧的连接可靠；
[0060] 温控镍钛合金弹簧3‑3具有形状记忆性，在高温时将会恢复收缩状态且具有较大弹性模量，在室温时具有很小的弹性模量极易被拉伸发生塑性形变；
[0061] 弹簧两端与导线相连，施加电流时由焦耳定律产生热量，镍钛合金弹簧被加热达到高温态，弹簧收缩从而驱动滑块3‑4运动；
[0062] 拉线4一端捆绑固定于铰链内壳体1‑4的绑线环，另一端通过铰链外壳体1‑1拉线4导孔和驱动机构框架3‑1拉线4导孔后捆绑固定于滑块3‑4上，以传递镍钛合金弹簧的运动，拉线4路径如图2所示；
[0063] 温控镍钛合金弹簧3‑3通电被加热时，弹簧收缩拉动滑块3‑4运动，滑块3‑4通过拉线4拉动铰链机构1转动，折叠翼被折叠，此时铰链机构1的微型扭簧1‑2处在被扭状态；
[0064] 温控镍钛合金弹簧3‑3停止通电加热后，弹簧恢复室温，弹性模量变小，铰链机构1的微型扭簧1‑2将带动铰链机构1旋转，折叠翼展开，同时拉动滑块3‑4使镍钛合金弹簧被拉长。
[0065] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0066] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
