技术领域
本发明属于扑翼式飞行器设计领域，具体涉及一种仿长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼。
背景技术
近年来航空航天技术的发展，传统的固翼式飞行器和旋翼式飞行器技术已经趋于成熟。但是随着科学家对微型飞行器的研究深入发现固翼式飞行器和旋翼式飞行器在微型飞行器中存在的体型大、不轻盈的缺陷。所以科学家通过研究鸟类与昆虫的独特飞行方式，锁定了扑翼式飞行器。与传统飞行器相比，它能把悬停、飞升和推进功能融合成一个扑翼系统。这样的飞行方式可以高效、准确、迅速地完成飞行器不同的飞行姿态，具有十分灵活的特性。同时扑翼式飞行器可以做到体积小、质量轻、隐藏性好、灵活性强等优点，无论在民用或是军事领域都有十分广阔的应用前景。
然而，传统的扑翼式飞行器的扑翼大多都是通过一开始就展开机翼，不能像鸟类或者昆虫那样：飞行时将翅翼从身体两侧或者背部上方伸展出来，在树枝和地面停留时将翅翼收叠起来；占据空间较大，不利于隐藏，运输时对空间造成浪费。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的扑翼式飞行器的翅翼不能随时伸展和收叠、占用空间大的缺陷，提供了一种能够根据环境的不同将翅翼进行伸展和收叠的仿长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼，其特征在于：包括与飞行器本体连接的第一动力装置、与所述动力装置的输出端固定连接的前翅组件、安装在所述前翅组件上的中翅组件、与中翅组件转动连接的后翅组件以及设置在所述前翅组件、中翅组件以及后翅组件上的用于带动翅翼展开收合的连杆机构；
所述前翅组件包括通过万向接头与所述第一动力装置的输出端转动连接的第一前翅脉杆和第二前翅脉杆、固定在所述第二前翅脉杆上的第二动力装置以及与所述第二前翅脉杆固定连接的第三前翅脉杆；
所述中翅组件包括与所述第一前翅脉杆铰接的第一中翅脉杆、与所述第二动力装置的输出端通过随动铰链架转动连接的第二中翅脉杆以及与所述第二前翅脉杆铰接的第三中翅脉杆；
所述后翅组件包括与所述第一中翅脉杆铰接的第一后翅脉杆；
所述第一前翅脉杆与所述随动铰链架之间通过第一弧形展开杆转动连接；所述第二前翅脉杆通过第二弧形展开杆转动连接。
进一步地，所述第一动力装置包括与飞行器本体连接的底座、安装在所述底座上的第一电动推杆和导向柱、与所述第一电动推杆的输出端固定连接的随动套筒；所述随动套筒套设在所述导向柱上。
进一步地，所述第一前翅脉杆通过万向接头与所述导向柱的端部转动连接。
进一步地，第二动力装置包括固定安装在所述第二前翅脉杆上的第二电动推杆和安装在所述第二电动推杆的输出端的联动连杆；所述随动铰链架与所述联动连杆转动连接。
进一步地，所述连杆机构包括转动设置在所述第一前翅脉杆与所述第一动力装置的输出端之间的第一连杆、转动设置在所述第一连杆与所述第一中翅脉杆之间的第二连杆以及转动设置在所述第一后翅脉杆与所述第一中翅脉杆之间有第三连杆。
进一步地，所述第一连杆与所述随动套筒转动连接。
进一步地，第一前翅脉杆21、第一中翅脉杆31和第一后翅脉杆41通过铰链连接形成主翅脉杆。
更进一步地，折叠翼完全折叠状态下的第一前翅脉杆的特征曲线为：y＝-0.0006x
折叠翼完全折叠状态下的第一中翅脉杆的特征曲线为：
y＝-0.0006x
折叠翼完全折叠状态下第一后翅脉杆的特征曲线为：
y＝-0.0026x
本发明的一种仿长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼的有益效果是：
1、本发明基于长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼，前翅组件、中翅组件以及后翅组件在连杆机构和两个动力装置的作用下，实现前翅、中翅和后翅的折展运动。
2、本发明在第一弧形展开杆和第二弧形展开杆的作用下，使整个折叠翼折叠方便，利于隐藏，减少空间占有，并且可应用于微型扑翼飞行器上，在民用和军事领域具有广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的第一视角立体图；
图2是本发明实施例的第二视角立体图；
图3是本发明实施例的第三视角立体图；
图4是本发明实施例的主视图；
图5是本发明实施例的连杆机构的结构示意图；
图6是本发明实施例的随动铰链架的安装细节图；
图7是本发明实施例的Z型折叠翼第一部分的折叠过程图；
图8是本发明实施例的Z型折叠翼第二部分的折叠过程图；
图9是长足大竹象翅翼的结构图；
图10是本发明实施例Z型折叠翼折叠后的第一前翅脉杆特征曲线；
图11是本发明实施例Z型折叠翼折叠后的第一中翅脉杆特征曲线；
图12是本发明实施例Z型折叠翼折叠后的第一后翅脉杆特征曲线。
图中:1、第一动力装置，11、底座，12、第一电动推杆，13、导向柱，14、随动套筒，2、前翅组件，21、第一前翅脉杆，22、第二前翅脉杆，23、第三前翅脉杆，25、第二动力装置，251、第二电动推杆，252、联动连杆，26、随动铰链架，3、中翅组件，31、第一中翅脉杆，32、第二中翅脉杆，33、第三中翅脉杆，4、后翅组件，41、第一后翅脉杆，5、第一弧形展开杆，6、第二弧形展开杆，7、连杆机构，71、第一连杆，72、第二连杆，73、第三连杆，8、万向接头，21-1、长足大竹象的第一前翅脉杆，22-1、长足大竹象的第二前翅脉杆，23-1、长足大竹象的第三前翅脉杆，31-1、长足大竹象的第一中翅脉杆，32-1、长足大竹象的第二中翅脉杆，33-1、长足大竹象的第三中翅脉杆，41-1、长足大竹象的第一后翅脉杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
需要说明，本发明中提到的前、后、上、下，采用图9所示的长足大竹象翅翼的前翅方向为前，后翅方向为后，翅翼上方为上，翅翼下方为下。
如图1-图12所示的本发明的一种仿长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼的具体实施例，包括与飞行器本体连接的第一动力装置1、与动力装置的输出端固定连接的前翅组件2、安装在前翅组件2上的中翅组件3以及与中翅组件3转动连接的后翅组件4；前翅组件2包括通过万向接头8与第一动力装置1的输出端转动连接的第一前翅脉杆21和第二前翅脉杆22、固定在第二前翅脉杆22上的第二动力装置25以及与第二前翅脉杆22固定连接的第三前翅脉杆23；中翅组件3包括与第一前翅脉杆21铰接的第一中翅脉杆31、与第二动力装置25的输出端通过随动铰链架26转动连接的第二中翅脉杆32以及与第二前翅脉杆22铰接的第三中翅脉杆33；后翅组件4包括与第一中翅脉杆31铰接的第一后翅脉杆41；第一前翅脉杆21与随动铰链架26之间通过第一弧形展开杆5转动连接；第二前翅脉杆22通过第二弧形展开杆6转动连接；第一前翅脉杆21、第一中翅脉杆31以及第一后翅脉杆41上设置有用于带动翅翼展开收合的连杆机构7。
其中连杆机构7包括转动设置在第一前翅脉杆21与第一动力装置1的输出端之间的第一连杆71、转动设置在第一连杆71与第一中翅脉杆31之间的第二连杆72以及转动设置在第一后翅脉杆41与第一中翅脉杆31之间有第三连杆73。第一连杆71一端的孔与随动套筒14的铰链架间隙配合，另一端的孔与第一前翅脉杆21的铰链间隙配合，第二连杆72的一端通过销钉与第一连杆71间隙配合连接，第二连杆72的另一端通过销钉与第一中翅脉杆31间隙配合连接，第三连杆73一端通过销钉与第一前翅脉杆21连接，第三连杆73的另一端通过销钉与第一后翅脉杆41后连接。实现第一前翅脉杆21、第一中翅脉杆31以及第一后翅脉杆41的展开、收合。
如图1-图4所示，与飞行器本体连接的第一动力装置1、与动力装置的输出端固定连接的前翅组件2、安装在前翅组件2上的中翅组件3、与中翅组件3转动连接的后翅组件4以及连杆机构7，各部分相互连接配合构成长足大竹象翅翼的Z型折叠翼的整体。
本发明实施例中第一动力装置1包括与飞行器本体连接的底座11、安装在底座11上的第一电动推杆12和导向柱13、与第一电动推杆12的输出端固定连接的随动套筒14；随动套筒14套设在导向柱13上，第一动力装置1将整个折叠翼与飞行器本体或其他设备的本体相固定，且给折叠翼提供动力。导向柱13固定在底座11上，第一电动推杆12的输出端与随动套筒14的长板端固定，随动套筒14的中间端孔与导向柱13形成间隙配合。导向柱13的端部与折叠铰链固定相连。启动第一电动推杆12带动随动套筒14沿导向柱13做上下运动，带动连杆机构7转动，从而实现第一前翅脉杆21、第一中翅脉杆31以及第一后翅脉杆41的展开、收合。
如图2所示，前翅组件2中第一前翅脉杆21，与折叠铰链通过万向接头8连接，第二前翅脉杆22为L型脉杆，第二前翅脉杆22的一端通过万向接头8与折叠铰链连接，折叠铰链固定在导向柱13的一端，导向柱13的另一端固定连接有底座11，第二前翅脉杆22的L型脉杆的短边上固定安装有第二动力装置25包括固定安装在第二前翅脉杆22上的第二电动推杆251和安装在第二电动推杆251的输出端的联动连杆252；随动铰链架26与联动连杆252转动连接。第一前翅脉杆21与随动铰链架26之间通过第一弧形展开杆5转动连接；第二前翅脉杆22通过第二弧形展开杆6转动连接；第二电动推杆251带动联动连杆252运动，带动随动铰链架26沿翅膀延伸方向做运动，随动铰链架26带动第一弧形展开杆5和第二弧形展开杆6运动，从而实现第一前翅脉杆21和第二前翅脉杆22之间的展开和收合。本发明实施例中第三前翅脉杆23与第二前翅脉杆22一体成型或第三前翅脉杆23固定安装在第二前翅脉杆22的L型顶角处。
本发明实施例的Z型折叠翼有在竖直方向和水平方向上均可完成折叠，如图7所示，本发明实施例的Z型折叠翼在水平方向上的第一部分的展开示意图，第二电动推杆251推动联动连杆252做沿翅膀自然延伸方向运动，随即带动随动铰链架26做前后运动。随动铰链架26通过连接的第一弧形展开杆5和第二弧形展开杆6使随动铰链架26向后运动时带动第一前翅脉杆21、第一中翅脉杆31和第一后翅脉杆41组成的前缘翅脉绕万向接头8向上做旋转运动，实现第一部分的展开。
如图8所示，Z型折叠翼在竖直方向上的第二部分展开示意图，第一电动推杆12推动随动套筒14在导向柱13上作直线运动，与导向柱13连接的第一连杆71作旋转运动同时驱动第一前翅脉杆21和万向接头8绕固定旋转销钉作旋转运动。连接第一连杆71的第二连杆72随第一连杆71驱动第一中翅脉杆31绕第一连杆71与第一中翅脉杆31铰接的铰链作旋转运动。通过销钉连接的第三连杆73随第一前翅脉杆21旋转运动，带动后翅脉杆作旋转运动。
本发明实施例中，第一前翅脉杆21、第一中翅脉杆31和第一后翅脉杆41通过铰链连接形成主翅脉杆。
参照图10，本发明实施例的Z型折叠翼完全折叠状态下的第一前翅脉杆的特征曲线为：
y＝0.0008x
参照图11，本发明实施例的Z型折叠翼完全折叠状态下的第一中翅脉杆的特征曲线为：
y＝-0.0006x
参照图12，本发明实施例的Z型折叠翼完全折叠状态下的第一后翅脉杆的特征曲线为：
y＝-0.0026x
从翅翼主翅脉的前翅脉杆、中翅脉杆和后翅脉杆的特征曲线图可以看出，本发明实施例的Z型折叠翼相对于V型或其他类型折叠翼的优点是Z型折叠翼可折叠的程度更高，便于收藏和运输，飞行时可根据环境改变自身展开程度以便提高狭窄环境的通过率，另外，主翅脉在飞行时受到的空气阻力会分布的更加均匀促使变换飞行形态更加灵活从而可以做到更高频次的拍动和翅翼的转动使飞行更快。
本发明实施例提供完全基于长足大竹象翅翼展开机理的Z型折叠翼，其前翅组件、中翅组件以及后翅组件均通过铰链连接。前翅根与固定端铰链连接，展开翅脉通过固定销与固定端连接。连杆通过连接前翅组件、中翅组件、后翅组件和随动套筒14各自的销钉驱动运动。在固定推杆的推动下即可实现前翅、中翅和后翅的折展运动。本发明的仿生Z型折叠翼具有折展比较大的特点，折叠方便，利于隐藏，减少空间占有，并且可应用于微型扑翼飞行器上，在民用和军事领域具有广阔的应用前景。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
