1.本发明涉及可动翼飞行器和飞行机器人领域，特别是一种自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置。


背景技术：

2.飞行器飞行方式有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行类型，其中扑翼飞行是自然界飞行生物采用的飞行方式，主要利用双翅的上下扑动同时产生升力和推力，其主要特点是将举升、悬停和推进功能基于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适合于执行绕过障碍物等的飞行。对于小尺寸和低速飞行状态的飞行器，属于低雷诺数下飞行，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；从推力方面来看，扑翼推进效率比螺旋桨推进效率高。
3.目前扑翼飞行器研究主要集中在模拟大自然中飞行生物的飞行姿态设计各种扑翼机构。扑翼驱动机构划可以分为多自由度扑翼驱动机构与单自由度扑翼驱动机构，前者能实现复杂的运动形式，但机构相对庞大复杂，后者驱动机构只需要实现拍打运动，通过固定机翼的后缘形成一个随机翼拍打而变化的迎角来实现扭转运动。
4.但这些扑翼机构的共同问题是总体气动效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飞行器。扑翼飞行器总体效率低下的主要原因是目前研究中大多是简单的仿造鸟类或昆虫翅膀的外形和扑动运动，却很难实现飞行生物扑翼上下扑动过程中利用翼翅自身姿态和结构的改变减小空气阻力并产生非定常气动力，由此产生的气动效率较低问题严重制约了扑翼式飞行器的普及应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种非常显著的减小扑翼型飞行器扑翼复位过程阻力、提升气动效率、升力和推力可调的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，以解决现有技术中存在的上述问题。
6.本发明公开了一种自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，其特征在于包括帘翼、连接件、传动机构和滑道，所述帘翼连接在所述连接件上且可相对转动，所述连接件滑动连接在所述滑道上，所述滑道设置在飞行器上，所述帘翼包括帘翼框架，以及套装在帘翼框架上的软质帘，所述帘翼框架内还设置有卷簧以及驱动电机，用于控制所述软质帘的展开和收缩，所述传动机构连接在所述连接件上。
7.进一步的是，所述帘翼框架上有第一卷簧安装孔、第二卷簧安装孔、导轨、帘翼安装梁、电机安装孔、转轮轴、帘翼转轴、第一安装板、第二安装板和连接横梁，所述软质帘上有软质帘迎风面、软质帘背风面，所述连接件上有滑道孔和帘翼转轴孔，所述滑道孔的轴线和所述帘翼转轴孔的轴线垂直，所述帘翼转轴插装在所述帘翼转轴孔内且可转动，所述滑道插装在所述滑道孔内且可滑动，所述导轨安装在所述第一安装板与所述第二安装板上，所述转轮轴插装在所述第一安装板与所述第二安装板内，所述连接横梁插装在所述第一安装板与所述第二安装板内，所述帘翼安装梁插装在所述导轨内且可滑动，所述驱动电机安
装在所述电机安装孔上，所述卷簧安装在所述第一卷簧安装孔和所述第二卷簧安装孔上。
8.进一步的是，所述传动机构包括连杆、曲柄和传动轴，所述连接件上设置有第二销轴孔，所述第二销轴孔的轴线分别与所述滑道孔的轴线、所述扑翼转轴孔的轴线垂直；所述连杆上设置有第一连杆孔和第二连杆孔，所述曲柄上设置有第一曲柄孔和第二曲柄孔；还包括第一销轴和第二销轴，所述连接件和所述连杆通过第二销轴连接所述第二销轴孔和所述第二连杆孔，所述连杆和所述曲柄通过第一销轴连接所述第一连杆孔和所述第二曲柄孔；所述传动轴连接所述第二曲柄孔和设置在飞行器上的第三减速器。
9.进一步的是，所述第一连杆孔的轴线和所述第二连杆孔的轴线平行，所述第一曲柄孔的轴线和所述第二曲柄孔的轴线平行；所述第一连杆孔的轴线和所述第二连杆孔的轴线之间的距离大于所述第一曲柄孔的轴线和所述第二曲柄孔的轴线之间的距离。
10.进一步的是，所述的连接件还设置有第二减速器和步进电机，所述帘翼转轴安装在所述第二减速器的输出轴上，所述步进电机的输出轴安装在所述第二减速器的输入孔内。
11.进一步的是，所述传动轴安装在所述第三减速器的输出轴上，所述电动机的输出轴安装在所述第三减速器的输入孔内。
12.进一步的是，所述帘翼还设置有第一减速器，所述转轮轴安装在所述第一减速器的输出轴上，所述驱动电机的输出轴安装在所述第一减速器的输入孔内。
13.进一步的是，所述帘翼框架上设置有所述转轮轴、所述帘翼转轴和所述连接横梁，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。
14.进一步的是，所述卷簧的数量为2个。
15.实现本发明目的的技术解决方案是提供一种自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，其包括帘翼、连接件、传动机构和滑道，帘翼连接在连接件上且可相对转动，连接件滑动连接在滑道上，滑道设置在飞行器上，帘翼包括帘翼框架，以及套装在帘翼框架上的软质帘，帘翼框架内还设置有卷簧以及驱动电机，用于控制软质帘的展开和收缩，传动机构连接在连接件上，帘翼框架上有第一卷簧安装孔、第二卷簧安装孔、导轨、帘翼安装梁、电机安装孔、转轮轴、帘翼转轴、第一安装板、第二安装板和连接横梁，软质帘上有软质帘迎风面、软质帘背风面，连接件上有滑道孔和帘翼转轴孔，滑道孔的轴线和帘翼转轴孔的轴线垂直，帘翼转轴插装在帘翼转轴孔内且可转动，滑道插装在滑道孔内且可滑动，导轨安装在第一安装板与第二安装板上，转轮轴插装在第一安装板与第二安装板内，连接横梁插装在第一安装板与第二安装板内，帘翼安装梁插装在导轨内且可滑动，驱动电机安装在电机安装孔上，卷簧安装在第一卷簧安装孔和第二卷簧安装孔上，传动机构包括连杆、曲柄和传动轴，连接件上设置有第二销轴孔，第二销轴孔的轴线分别与滑道孔的轴线、扑翼转轴孔的轴线垂直；连杆上设置有第一连杆孔和第二连杆孔，曲柄上设置有第一曲柄孔和第二曲柄孔；还包括第一销轴和第二销轴，连接件和连杆通过第二销轴连接第二销轴孔和第二连杆孔，连杆和曲柄通过第一销轴连接第一连杆孔和第二曲柄孔；传动轴连接第二曲柄孔和设置在飞行器上的第三减速器，第一连杆孔的轴线和第二连杆孔的轴线平行，第一曲柄孔的轴线和第二曲柄孔的轴线平行；第一连杆孔的轴线和第二连杆孔的轴线之间的距离大于第一曲柄孔的轴线和第二曲柄孔的轴线之间的距离，的连接件还设置有第二减速器和步进电机，帘翼转轴安装在第二减速器的输出轴上，步进电机的输出轴安装在第二减速器的输入孔内，
传动轴安装在第三减速器的输出轴上，电动机的输出轴安装在第三减速器的输入孔内，帘翼还设置有第一减速器，转轮轴安装在第一减速器的输出轴上，驱动电机的输出轴安装在第一减速器的输入孔内，帘翼框架上设置有转轮轴、帘翼转轴和连接横梁，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。
16.使用时，将本技术中的滑道、减速器和电动机都安装固定在飞行器或无人机上。
17.本发明的工作原理是：其利用自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置来降低直线往复运动扑翼在复位过程的空气阻力，从而提高扑翼气动效率，并通过调节扑翼倾角达到控制升力和推力的目的，即电动机启动后，经过第三减速器减速后带动传动轴和曲柄转动，因此带动连接在连杆上的帘翼框架作往复平动，当帘翼框架靠近传动轴运动时为工作状态，此时驱动电机不工作，软质帘在卷簧的作用下拉伸到最大面积，使得软质帘迎风面正对气流，软质帘迎风面与气流运动方向垂直，气流直接作用在软质帘迎风面上获得最大的推动力，同时，通过步进电机经过第二减速器减速后带动帘翼框架转动，改变帘翼的倾角，气流作用在软质帘迎风面上的正压力可分解为升力和推力，帘翼倾角的改变可以调节升力和推力的大小；当帘翼框架远离传动轴运动时为复位状态，此时驱动电机开始工作，软质帘在转轮轴的作用下开始收缩，使软质帘缠绕在转轮轴上，而气流直接从帘翼框架内流出，因此软质帘在复位过程中所受的空气阻力最小，在往返平动过程中能量利用效率高；复位行程结束时，气流作用力降低，驱动电机反方向工作，由于卷簧的作用，软质帘拉伸至最大面积，驱动软质帘转换到工作状态。本发明与现有技术相比，其显著优点是：
18.1.本发明所述的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，将直动帘翼设置为直线平动，并设计由驱动电机控制的软质帘，工作行程中软质帘以最大面积迎风运动，表面获得较大且分布均匀压力，工作行程推力大且稳定，并且帘翼在工作状态时迎风面积可变，因此驱动能量可调；在复位行程中软质帘在转轮轴的作用下开始收缩，使软质帘缠绕在转轮轴上，气流直接从帘翼框架内流出，风力作用面积小，因此帘翼复位阻力最小，从而达到大幅度提高帘翼气动效率的目的。
19.2.本发明所述的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，所述软质帘在工作状态与复位状态之间的切换是在驱动电机控制下，卷簧带动完成，结构简单、控制精度高且可靠性好。
20.3.本发明所述的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，通过一个曲柄滑块机构将电机输出轴的连续转动转化为帘翼的上下往复直动，通过步进电机控制帘翼倾角，同时产生可调的升力和推力，在无人机上进行简单改造就可使用，安装简单。
21.4.本发明所述的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置，结构简单，加工工艺性好，生产成本低，可广泛应用于低雷诺数飞行的各类小型飞行器和无人机中。
附图说明
22.图1是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的整体结构示意图。
23.图2是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置工作状态详细结构示意图。
24.图3是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置复位状态详细结构示意图。
25.图4是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置工作状态剖视图。
26.图5是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置复位状态剖视图。
27.图6是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的帘翼框架的结构示意图。
28.图7是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的软质帘的结构示意图。
29.图8是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的连接件的结构示意图。
30.图9是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的连杆的结构示意图。
31.图10是本发明的自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的曲柄的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明作进一步描述，但不以任何方式限制本发明。
33.实施例1：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，采用自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的高压电线巡检无人机。包括帘翼、连接件8、传动机构和滑道9，帘翼连接在连接件8上且可相对转动，连接件8滑动连接在滑道9上，滑道9设置在飞行器上，帘翼包括帘翼框架1，以及套装在帘翼框架1上的软质帘2，帘翼框架1内还设置有卷簧3以及驱动电机5，用于控制软质帘2的展开和收缩，传动机构连接在连接件8上；帘翼框架1上有第一卷簧安装孔101、第二卷簧安装孔102、导轨103、帘翼安装梁104、电机安装孔105、转轮轴106、帘翼转轴107、第一安装板108、第二安装板109和连接横梁110，软质帘2上有软质帘迎风面201、软质帘背风面202，连接件8上有滑道孔801和帘翼转轴孔803，滑道孔801的轴线和帘翼转轴孔803的轴线垂直，帘翼转轴107插装在帘翼转轴孔803内且可转动，滑道9插装在滑道孔801内且可滑动，导轨103安装在第一安装板108与第二安装板109上，转轮轴106插装在第一安装板108与第二安装板109内，连接横梁110插装在第一安装板108与第二安装板109内，帘翼安装梁104插装在导轨103内且可滑动，驱动电机5安装在电机安装孔105上，卷簧3安装在第一卷簧安装孔101和第二卷簧安装孔102上，传动机构包括连杆10、曲柄12和传动轴13，连接件8上设置有第二销轴孔802，第二销轴孔802的轴线分别与滑道孔801的轴线、扑翼转轴孔803的轴线垂直；连杆10上设置有第一连杆孔1001和第二连杆孔1002，曲柄12上设置有第一曲柄孔1201和第二曲柄孔1202；还包括第一销轴11和第二销轴16，连接件8和连杆10通过第二销轴16连接第二销轴孔802和第二连杆孔1002，连杆10和曲柄12通过第一销轴11连接第一连杆孔1001和第二曲柄孔1202；传动轴13连接第二曲柄孔1202和设置在飞行器上的第三减速器14，第一连杆孔1001的轴线和第二连杆孔1002的轴线平行，第一曲柄孔1201的轴线和第二曲柄孔1202的轴线平行，第一连杆孔1001的轴线和第二连杆孔1002的轴线之间的距离大于第一曲柄孔1201的轴线和第二曲柄孔1202的轴线之间的距离，的连接件8还设置有第二减速器6和步进电机7，帘翼转轴107安装在第二减速器6的输出轴上，步进电机7的输出轴安装在第二减速器6的输入孔内，传动轴13安装在第三减速器14的输出轴上，电动机15的输出轴安装在第三减速器14的输入孔内，帘翼还设置有第一减速器4，转轮轴106安装在第一减速器4的输出轴上，驱动电机5的输出轴安装在第一减速器4的输入孔内，帘翼框架1上设置有转轮轴106、帘翼转轴107和连接横梁110，其都采用空心结构且
采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。高压电线巡检无人机采用本发明自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置后，由于帘翼阻力小、气动效率高，能完成各项检测和拍照工作，相对于旋翼无人机，在搭载摄影设备等相同的工作载荷后，一次飞行时间增加20％，实现了较长航时工作。
34.实施例2：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，采用自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置的高层建筑灭火专用无人机。包括帘翼、连接件8、传动机构和滑道9，帘翼连接在连接件8上且可相对转动，连接件8滑动连接在滑道9上，滑道9设置在飞行器上，帘翼包括帘翼框架1，以及套装在帘翼框架1上的软质帘2，帘翼框架1内还设置有卷簧3以及驱动电机5，用于控制软质帘2的展开和收缩，传动机构连接在连接件8上；帘翼框架1上有第一卷簧安装孔101、第二卷簧安装孔102、导轨103、帘翼安装梁104、电机安装孔105、转轮轴106、帘翼转轴107、第一安装板108、第二安装板109和连接横梁110，软质帘2上有软质帘迎风面201、软质帘背风面202，连接件8上有滑道孔801和帘翼转轴孔803，滑道孔801的轴线和帘翼转轴孔803的轴线垂直，帘翼转轴107插装在帘翼转轴孔803内且可转动，滑道9插装在滑道孔801内且可滑动，导轨103安装在第一安装板108与第二安装板109上，转轮轴106插装在第一安装板108与第二安装板109内，连接横梁110插装在第一安装板108与第二安装板109内，帘翼安装梁104插装在导轨103内且可滑动，驱动电机5安装在电机安装孔105上，卷簧3安装在第一卷簧安装孔101和第二卷簧安装孔102上，传动机构包括连杆10、曲柄12和传动轴13，连接件8上设置有第二销轴孔802，第二销轴孔802的轴线分别与滑道孔801的轴线、扑翼转轴孔803的轴线垂直；连杆10上设置有第一连杆孔1001和第二连杆孔1002，曲柄12上设置有第一曲柄孔1201和第二曲柄孔1202；还包括第一销轴11和第二销轴16，连接件8和连杆10通过第二销轴16连接第二销轴孔802和第二连杆孔1002，连杆10和曲柄12通过第一销轴11连接第一连杆孔1001和第二曲柄孔1202；传动轴13连接第二曲柄孔1202和设置在飞行器上的第三减速器14，第一连杆孔1001的轴线和第二连杆孔1002的轴线平行，第一曲柄孔1201的轴线和第二曲柄孔1202的轴线平行，第一连杆孔1001的轴线和第二连杆孔1002的轴线之间的距离大于第一曲柄孔1201的轴线和第二曲柄孔1202的轴线之间的距离，的连接件8还设置有第二减速器6和步进电机7，帘翼转轴107安装在第二减速器6的输出轴上，步进电机7的输出轴安装在第二减速器6的输入孔内，传动轴13安装在第三减速器14的输出轴上，电动机15的输出轴安装在第三减速器14的输入孔内，帘翼还设置有第一减速器4，转轮轴106安装在第一减速器4的输出轴上，驱动电机5的输出轴安装在第一减速器4的输入孔内，帘翼框架1上设置有转轮轴106、帘翼转轴107和连接横梁110，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。高层建筑灭火专用无人机采用本发明自动拉帘驱动能量可调高效飞行扑翼装置后，由于帘翼工作行程推力大、阻力小、气动效率高，因此有较强的机动性，能快速响应高层建筑的紧急情况，快速飞行到高层建筑失火点进行灭火。