【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器领域，具体涉及一种固翼前置的扑翼飞行器。
技术介绍
1、现有的扑翼飞行器多为单扑动式飞行器，其实现飞行主要依靠机翼扑动产生升力，其存在飞行过程中震动大，从而产生噪音，并且稳定性差的问题。由当扑翼下扑时飞行器整体会受到抬头力矩，前置固翼会加剧该力矩的作用，但当扑翼处于上扑时飞行器整体会受到低头力矩从而抑制由于下扑导致的抬头，飞行器会表现为周期性的俯仰运动，飞行器整体表现为静不稳定。
技术实现思路
1、因此，为了解决上述问题，本专利技术提出了一种固翼前置的扑翼飞行器，解决了现有的扑翼飞行器灵活度低，控制困难等缺陷。
2、本专利技术提供如下技术方案：一种固翼前置的扑翼飞行器，包括机架、两组舵机、两只扑翼、固翼、陀螺仪、加速度计和控制模块，所述的固翼固定连接于机架的前端，两只扑翼位于固翼的后方并且分别对称位于机架的两侧，所述的扑翼为仿生扑动翼，仿生扑动翼的骨架具有翼展向弯曲变形结构和翼弦向扭曲变形结构，两组所述的舵机分别对称固定连接于机架的两侧，机架上固定连接有陀螺仪、加速度计和控制模块，左舵机和右舵机分别驱动其自身侧扑翼扑动从而产生升力，控制模块通过控制舵机的运动实现不同的扑动模式；所述的控制模块包括平均俯仰控制模块、滚转角控制模块、偏航角控制模块，控制模块通过陀螺仪与加速度计每间隔一段时间采集本飞行器飞行过程中的三轴角速率与加速度并进行滤波处理，并保存俯仰角速率，根据所滤波后的角速率与加速度进行姿态解算，得出当前的姿态角，并保存当前俯仰角；然后，根据当前
3、本飞行器的飞行控制模块包括如下：
4、中立平面的标定模块：
5、首先原点标定，控制两舵机旋转，使左、右扑翼平行于地面，完成中立平面的标定，暂定中立平面为原点位置；
6、起飞控制模块：
7、舵机扑动运动模型：
8、
9、其中，αl和αr分别是左、右扑翼的扑动角度；al和ar分别是左、右扑翼扑动运动的中立平面；al和ar分别是左、右扑翼的扑动幅值；t为扑动周期；t为当前时间；k为正偶数，是当前时间t所处的第几个扑动周期；
10、控制模块根据舵机扑动运动模型输出相应的pwm信号，驱动舵机按照舵机扑动运动模型进行相应的运动，带动扑翼扑动为本飞行器提供升力，当达到一定的频率时，扑翼产生的升力大于飞行器的重力，扑翼飞行器进入飞行阶段；
11、俯仰控制模块：
12、前置的固翼产生的俯仰力矩远小于左、右扑翼产生的俯仰力矩，控制两个舵机的行程平面都在本飞行器的上半行程内，此时左、右扑翼的气动中心位于本飞行器的机体轴的上方，进而产生向下的力矩，使本飞行器低头；
13、前置的固翼产生的俯仰力矩远小于左、右扑翼产生的俯仰力矩，控制两个舵机的行程平面都在本飞行器的下半行程内，此时左、右扑翼的气动中心位于本飞行器的机体轴的下方，进而产生向上的力矩，使本飞行器抬头；
14、滚转控制模块：
15、控制左舵机的行程平面变小，右舵机的行程平面不变，使扑翼飞行器向左滚转；
16、控制右舵机的行程平面变小，左舵机的行程平面不变，使扑翼飞行器向右滚转；
17、偏航控制模块：
18、控制左、右舵机的输出角度，使得扑翼扑动的中立面相对于舵机的中立平面向右转动，但由于扑翼受到的气动阻尼远大于前置的固翼的气动阻尼，在六自由度状态下表现为前置的固翼向左转动，前置的固翼的升力发生倾斜，存在一个向左的分量，促使本飞行器向左偏航；
19、控制左、右舵机的输出角度，使得扑翼扑动的中立面相对于舵机的中立平面向左转动，但由于扑翼受到的气动阻尼远大于前置的固翼的气动阻尼，在六自由度状态下表现为前置的固翼向右转动，前置的固翼的升力发生倾斜，存在一个向右的分量，促使本飞行器向右偏航。
20、进一步的，如上所述的平均俯仰控制模块、滚转角控制模块和偏航角控制模块均采用pid控制。
21、进一步的，如上所述的扑翼包括扑翼主梁、扑翼副梁、四根扑翼翼肋、一根弧形翼尖翼肋和蒙皮，扑翼主梁的一端位于翼根处并与舵机连接，扑翼主梁的另外一端与弧形翼尖翼肋的一端固定连接，四根扑翼翼肋沿展向分散分布，四根扑翼翼肋的一端位于扑翼的前缘并均固连于扑翼主梁上，第一扑翼翼肋位于翼根处并垂直于扑翼主梁，第二、第三及第四扑翼翼肋分别与扑翼主梁成不同的角度，扑翼副梁的一端位于翼根处并位于扑翼主梁的后面，扑翼副梁的一端与机架转动连接，扑翼副梁分别与四根扑翼翼肋交叉固定连接，扑翼副梁的另外一端与扑翼主梁的另外一端固定连接，第一、第二及第三扑翼翼肋的另外一端位于扑翼的后缘，第四扑翼翼肋的另外一端与弧形翼尖翼肋的另外一端固定连接，蒙皮覆盖粘贴在四根扑翼翼肋及弧形翼尖翼肋、扑翼主梁及扑翼副梁所构成的区域。
22、进一步的，如上所述的第二、第三及第四扑翼翼肋由扑翼前缘至扑翼后缘方向由内侧向外侧倾斜。
23、进一步的，如上所述的固翼包括固翼主梁、两根固翼纵梁、两根加强梁、中心梁和蒙皮，两根所述的固翼纵梁互相平行，两根所述的固翼纵梁分别位于固翼主梁的两端并与其垂直连接，固翼主梁的中间与中心梁的一端固定连接，两根加强梁分别位于中心梁的两侧，每根加强梁的两端分别与固翼主梁、中心梁固定连接，中心梁的另外一端通过弯杆与机架前端连接，蒙皮粘贴覆盖在固翼主梁、固翼纵梁、两根加强梁及中心梁所构成的区域。
24、与现有的技术相比，本专利技术的效果及优点在于：本专利技术提高了扑翼飞行器的灵活性和稳定性，本专利技术舵机的控制基于三角波函数，能够最大限度地发挥舵机性能，提高扑翼的最大扑动频率。本专利技术有效降低了飞行器飞行过程中的震动，减小了噪音的产生。
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1.一种固翼前置的扑翼飞行器，包括机架、两组舵机、两只扑翼、固翼、陀螺仪、加速度计和控制模块，其特征在于：所述的固翼固定连接于机架的前端，两只扑翼位于固翼的后方并且分别对称位于机架的两侧，所述的扑翼为仿生扑动翼，仿生扑动翼的骨架具有翼展向弯曲变形结构和翼弦向扭曲变形结构，两组所述的舵机分别对称固定连接于机架的两侧，机架上固定连接有陀螺仪、加速度计和控制模块，左舵机和右舵机分别驱动其自身侧扑翼扑动从而产生升力，控制模块通过控制舵机的运动实现不同的扑动模式；所述的控制模块包括平均俯仰控制模块、滚转角控制模块、偏航角控制模块，控制模块通过陀螺仪与加速度计每间隔一段时间采集本飞行器飞行过程中的三轴角速率与加速度并进行滤波处理，并保存俯仰角速率，根据所滤波后的角速率与加速度进行姿态解算，得出当前的姿态角，并保存当前俯仰角；然后，根据当前的扑翼的扑动频率得出一个扑动周期的时间大小，读取保存的一个扑动周期的俯仰角速率与俯仰角，计算出一个扑动周期平均俯仰角速率和俯仰角；最后，将一个扑动周期平均俯仰角速率和俯仰角以及目标平均俯仰角输入到平均俯仰控制模块中，得到舵机中立位与扑动中立位的夹角进而达到控
2.根据权利要求1所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特征在于，本飞行器的飞行控制模块包括如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特征在于：所述的平均俯仰控制模块、滚转角控制模块和偏航角控制模块均采用PID控制。
4.根据权利要求1所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特征在于：所述的扑翼包括扑翼主梁、扑翼副梁、四根扑翼翼肋、一根弧形翼尖翼肋和蒙皮，扑翼主梁的一端位于翼根处并与舵机连接，扑翼主梁的另外一端与弧形翼尖翼肋的一端固定连接，四根扑翼翼肋沿展向分散分布，四根扑翼翼肋的一端位于扑翼的前缘并均固连于扑翼主梁上，第一扑翼翼肋位于翼根处并垂直于扑翼主梁，第二、第三及第四扑翼翼肋分别与扑翼主梁成不同的角度，扑翼副梁的一端位于翼根处并位于扑翼主梁的后面，扑翼副梁的一端与机架转动连接，扑翼副梁分别与四根扑翼翼肋交叉固定连接，扑翼副梁的另外一端与扑翼主梁的另外一端固定连接，第一、第二及第三扑翼翼肋的另外一端位于扑翼的后缘，第四扑翼翼肋的另外一端与弧形翼尖翼肋的另外一端固定连接，蒙皮覆盖粘贴在四根扑翼翼肋及弧形翼尖翼肋、扑翼主梁及扑翼副梁所构成的区域。
5.根据权利要求4所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特征在于：第二、第三及第四扑翼翼肋由扑翼前缘至扑翼后缘方向由内侧向外侧倾斜。
6.根据权利要求1所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特征在于：所述的固翼包括固翼主梁、两根固翼纵梁、两根加强梁、中心梁和蒙皮，两根所述的固翼纵梁互相平行，两根所述的固翼纵梁分别位于固翼主梁的两端并与其垂直连接，固翼主梁的中间与中心梁的一端固定连接，两根加强梁分别位于中心梁的两侧，每根加强梁的两端分别与固翼主梁、中心梁固定连接，中心梁的另外一端通过弯杆与机架前端连接，蒙皮粘贴覆盖在固翼主梁、固翼纵梁、两根加强梁及中心梁所构成的区域。
...【技术特征摘要】
1.一种固翼前置的扑翼飞行器，包括机架、两组舵机、两只扑翼、固翼、陀螺仪、加速度计和控制模块，其特征在于：所述的固翼固定连接于机架的前端，两只扑翼位于固翼的后方并且分别对称位于机架的两侧，所述的扑翼为仿生扑动翼，仿生扑动翼的骨架具有翼展向弯曲变形结构和翼弦向扭曲变形结构，两组所述的舵机分别对称固定连接于机架的两侧，机架上固定连接有陀螺仪、加速度计和控制模块，左舵机和右舵机分别驱动其自身侧扑翼扑动从而产生升力，控制模块通过控制舵机的运动实现不同的扑动模式；所述的控制模块包括平均俯仰控制模块、滚转角控制模块、偏航角控制模块，控制模块通过陀螺仪与加速度计每间隔一段时间采集本飞行器飞行过程中的三轴角速率与加速度并进行滤波处理，并保存俯仰角速率，根据所滤波后的角速率与加速度进行姿态解算，得出当前的姿态角，并保存当前俯仰角；然后，根据当前的扑翼的扑动频率得出一个扑动周期的时间大小，读取保存的一个扑动周期的俯仰角速率与俯仰角，计算出一个扑动周期平均俯仰角速率和俯仰角；最后，将一个扑动周期平均俯仰角速率和俯仰角以及目标平均俯仰角输入到平均俯仰控制模块中，得到舵机中立位与扑动中立位的夹角进而达到控制俯仰角的目的；分别向滚转角控制模块、偏航角控制模块输入当前的滚转角与偏航角及其它们的角速度，得到相应的控制量控制滚转角与偏航角，偏航角控制模块输出偏航角实现本飞行器航向的改变，滚转角控制模块输出本飞行器的滚转角使得本飞行器维持在一个稳定的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特征在于，本飞行器的飞行控制模块包括如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种固翼前置的扑翼飞行器，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋增䶮，许江涛，周国成，张源，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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