隐形的肢膀——微型仿昆虫双扑翼飞行器

扑翼的飞行方式

广泛存在于自然界飞行生物的飞行之中，扑翼飞行囊括了固定翼飞行和旋翼飞行的优点，可以快速的起飞、加速和悬停，具有高度机动性和灵活性。飞行生物的飞行方式大致可以分为三类：低频率的扑动飞行，如许多大型鸟类(鹰、鹫、大雁、海鸥、天鹅等)，翼展较长较大，扑动频率较低，从零到数十赫兹不等，采用低频率的扑动和滑翔相结合的扑动形式；

中频的扑动飞行，主要为体形中等的鸟类(如燕子、麻雀、鸽子等)，翅膀不太大，扑动频率相对较高，极少采用滑翔方式；高频的扑动飞行，这种飞行方式是采用频率极高、翅膀的运动规律复杂的扑翼形式，如蜂鸟及体形更小的鸟类和大多数昆虫，扑动频率约为60～80赫兹，能够在空中实现前进、后退、悬停和其它一些高难度的机动飞行。

微型仿生扑翼飞行器(一般10cm以内 )，在应用技术上它超出了传统的飞行器设计和空气动力学的研究范畴，同时开创了微机电系统技术( MEMS )在航空领域的应用。设计和制造具有良好动力学特性的高效微型仿生扑翼飞行器是目前非常富有挑战性的研究难题。为了使微型扑翼飞行器体积尽可能小，采用仿昆虫高频扑动飞行的设计方案是比较合理的。

目前，一般微型仿生扑翼飞行器大部分仅仅依靠一对扑翼产生升力和推力，效率较低、飞行不够灵活，而双扑翼飞行器由于具有两队扑翼，效率较高、可控性强、飞行更为灵活。

微型单扑翼飞行器，该飞行器的主要特点是采用蜗轮蜗杆传动机构，特点是具有自锁性、传动比高、左右扑翼对称性好一种仿蜻蜒双扑翼飞行器，但所提供的仿蜻蜒双扑翼飞行器具有明显的缺点，其前后扑翼系统的左右扑翼扑动完全不对称，左(右)扑翼向上扑动的同时右(左)扑翼却向下扑动，且其前后扑翼系统是完全反向扑动，造成飞行器飞行稳定性较差，甚至不能有效飞行。

微型仿昆虫双扑翼飞行器

通过左右两侧构成的前后扑翼分别对称高频扑动和飞行器的转向和俯仰飞行。左右两侧的前后扑翼分别对称高频扑动和飞行器的转向和俯仰飞行如下：

左侧前扑翼高频扑动：电机3通过齿轮a18、齿轮b20、蜗杆22、前蜗轮8、前两头拐角轴23的左端拐角轴、摇杆支座c34、摇杆支座d38、销轴c32、销轴d36、摇杆c33、摇杆d39、圆柱支杆c35、圆柱支杆d37驱动左侧前扑翼6高频扑动。其中，齿轮a18和齿轮b20啮合传动，蜗杆22和前蜗轮8啮合传动，前两头拐角轴23的左端拐角轴与圆柱支杆c35和圆柱支杆d37构成扑动机构。

左侧后扑翼高频扑动：电机3通过齿轮a18、齿轮b20、蜗杆22、后蜗轮11、后两头拐角轴21的左端拐角轴、摇杆支座a25、摇杆支座b30、销轴a24、销轴b28、摇杆a26、摇杆b31、圆柱支杆a27、圆柱支杆b29驱动左侧后扑翼5高频扑动。其中，齿轮a18和齿轮b20啮合传动，蜗杆22和后蜗轮11啮合传动，后两头拐角轴21的左端拐角轴与圆柱支杆a27和圆柱支杆b29构成扑动机构。

右侧前扑翼高频扑动：电机3通过齿轮a18、齿轮b20、蜗杆22、前蜗轮8、前两头拐角轴23的右端拐角轴、摇杆支座e41、摇杆支座f46、销轴e42、销轴f47、摇杆e40、摇杆f45、圆柱支杆e43、圆柱支杆f44驱动右侧前扑翼9高频扑动。其中，齿轮a18和齿轮b20啮合传动，蜗杆22和前蜗轮8啮合传动，前两头拐角轴23的右端拐角轴与圆柱支杆e43和圆柱支杆f44构成扑动机构。

右侧后扑翼高频扑动：电机3通过齿轮a18、齿轮b20、蜗杆22、后蜗轮11、后两头拐角轴21的右端拐角轴、摇杆支座g50、摇杆支座h54、销轴g51、销轴h55、摇杆g48、摇杆h53、圆柱支杆g49、圆柱支杆h52驱动右侧后扑翼10高频扑动。其中，齿轮a18和齿轮b20啮合传动，蜗杆22和后蜗轮11啮合传动，后两头拐角轴21的右端拐角轴与圆柱支杆g49和圆柱支杆h52构成扑动机构。

飞行器的转向和俯仰飞行：通过方向舵机1控制方向舵15实现飞行器的转向，通过升降舵机2控制升降舵17实现飞行器的升降。

来源：机械公社为机械而生