一種能源可再生撲翼微型飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種微型仿生飛行器，尤其是涉及一種基于自發(fā)電續(xù)航的微型仿生撲翼飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線領(lǐng)域的發(fā)展、微機(jī)電技術(shù)提高、微型飛行器研究的不斷深入，撲翼飛行器越來越走進(jìn)人們的視野，特別是微型撲翼飛行器由于其具有體積小、質(zhì)量輕、隱蔽性和可操作性的優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視，但是微型飛行器的能源問題一直限制著飛行器的發(fā)展，對于能源與動力部分是微型飛行器最基本、最重要的組成，一直是研究人員的重點(diǎn)研究方向，現(xiàn)有成果中，能源與動力單元往往占據(jù)了微型飛行器的絕大部分空間和質(zhì)量，使其在承載能力和微型化方面受到很大的限制。
[0003]目前，飛行效果最佳的是電池/電機(jī)組合，但存在電力儲備不足的問題，裸機(jī)最多能保持20分鐘的飛行時間，而且負(fù)載會大幅縮短飛行時間。其他驅(qū)動方式，如壓電、化學(xué)肌肉、人造肌肉、記憶合金、微型內(nèi)燃機(jī)等，飛行效果更不理想，所以電池/電機(jī)是微型飛行器目前最佳的能源與動力組合。但只是單純的電池供電不能有效的解決能源續(xù)航問題，因此基于微型撲翼飛行器低功耗的特性，在研究微小型的飛行器領(lǐng)域中，自供能或輔助功能系統(tǒng)亟待人們?nèi)ソ鉀Q。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種能源可再生撲翼微型飛行器，以解決飛行器存在的電力儲備不足的問題。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:包括壓電薄膜撲翼、撲翼仿生支撐架、撲翼柔性翅膀框架、帶有內(nèi)置微型鋰電池的控制電路模塊、太陽能發(fā)電薄膜尾翼、電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)架體、太陽能發(fā)電翅膀薄膜；其中，撲翼仿生支撐架與電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)連接，電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)和帶有內(nèi)置微型鋰電池的控制電路模塊均固定在機(jī)架體上，太陽能發(fā)電薄膜尾翼與機(jī)架體固定連接，壓電薄膜撲翼及太陽能發(fā)電翅膀薄膜分別與撲翼柔性翅膀框架連接，其中撲翼柔性翅膀框架位于中間，而壓電薄膜撲翼位于最下層位置，撲翼柔性翅膀框架與撲翼仿生支撐架連接，通過導(dǎo)線將發(fā)電部分與控制電路模塊進(jìn)行連接。
[0006]所述撲翼柔性翅膀框架的結(jié)構(gòu)包括:主翼架、翼脈穩(wěn)定桿、仿生翼脈，撲翼柔性翅膀框架表面為橢圓形，其整體上表面是微凸起結(jié)構(gòu)，下表面為平面，主翼架與翼脈穩(wěn)定桿和仿生翼脈連接，翼脈穩(wěn)定桿和仿生翼脈網(wǎng)狀連接。
[0007]所述撲翼柔性翅膀框架中仿生翼脈，仿生翼脈是仿昆蟲翅主脈的楔形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形狀由翅根向后逐漸變薄，并且每條翼脈都是預(yù)彎曲結(jié)構(gòu)。
[0008]所述撲翼仿生支撐架的材料采用能產(chǎn)生柔性變形的碳纖維和樹脂復(fù)合材料。
[0009]所述壓電薄膜撲翼包括:壓電薄膜，兩個輕質(zhì)超薄電極一、電極二，兩根連接導(dǎo)線，壓電薄膜上下兩面均覆有輕質(zhì)超薄電極一、電極二，其中電極在撲翼邊緣分別連接導(dǎo)線。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)新穎，以撲翼微型飛行器的能源為主要對象，針對電池儲能不足的問題，從仿生學(xué)角度出發(fā)，根據(jù)昆蟲翅翼的形態(tài)和飛行特征，提出一種仿生翅脈，在翅脈的上面附有壓電薄膜，這樣使在撲翼飛行器撲動時能產(chǎn)生近似規(guī)律的變形，使之產(chǎn)生相對更大發(fā)電量的一種可自發(fā)電撲翼，以節(jié)省能源。
[0011]已有研究證明，昆蟲和鳥類主要依靠翅膀撲動時的三維變形產(chǎn)生推升力實(shí)現(xiàn)飛行。本發(fā)明正是利用該特性，采用發(fā)電材料制作撲翼，利用撲翼在飛行過程中的變形特性產(chǎn)生電荷；另，在撲翼上表面覆蓋一層超薄太陽能發(fā)電薄膜，在增加飛行器額外質(zhì)量非常小的情況下，為撲翼微型飛行器補(bǔ)充雙重能源；并從仿生學(xué)出發(fā)，設(shè)計仿生撲翼結(jié)構(gòu)，減少飛行阻力，降低飛行時的能耗。所以，本發(fā)明是從實(shí)時續(xù)能和降低能耗兩個方面來提高飛行器的巡航時間和承載能力。通過撲翼飛行器翅膀在撲動時通過壓電薄膜翅膀?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，兩翼上產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流濾波模塊后，此時轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，加上輔以太陽能發(fā)電薄膜，將光能轉(zhuǎn)化為電能，兩者轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行疊加，然后給電池進(jìn)行充電，使飛行器的續(xù)航飛行能力提高。本發(fā)明基于壓電薄膜的正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，基于太陽能薄膜的光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，這兩種材料的充發(fā)電裝置簡單，具有轉(zhuǎn)換效率高，質(zhì)量輕、適用范圍廣等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中未帶太陽能發(fā)電翅膀薄膜；
圖2是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的后視圖；
圖4是本發(fā)明的撲翼柔性翅膀框架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4a是圖4的A-A尚]視圖；
圖4b是圖4的B-B剖視圖；
圖4c是圖4的C-C剖視圖；
圖5是本發(fā)明的撲翼翅膀局部剖視放大圖；
圖6是本發(fā)明的控制電路模塊示意圖；
圖7是本發(fā)明的壓電翅膀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中未帶太陽能發(fā)電翅膀薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0013]包括壓電薄膜撲翼1、撲翼仿生支撐架2、撲翼柔性翅膀框架3、帶有內(nèi)置微型鋰電池的控制電路模塊4、太陽能發(fā)電薄膜尾翼5、電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)6、機(jī)架體7、太陽能發(fā)電翅膀薄膜8 ;其中，撲翼仿生支撐架2與電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)6連接，電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)6和帶有內(nèi)置微型鋰電池的控制電路模塊4均固定在機(jī)架體7上，通過導(dǎo)線將微型鋰電池與控制電路模塊4進(jìn)行連接，太陽能發(fā)電薄膜尾翼5與機(jī)架體7固定連接，壓電薄膜撲翼I及太陽能發(fā)電翅膀薄膜8分別與撲翼柔性翅膀框架3連接，其中撲翼柔性翅膀框架3位于中間，而壓電薄膜撲翼I位于最下層位置，撲翼柔性翅膀框架3與撲翼仿生支撐架2連接，通過導(dǎo)線將發(fā)電部分與控制電路模塊4進(jìn)行連接。
[0014]所述撲翼柔性翅膀框架3的結(jié)構(gòu)包括:主翼架301、翼脈穩(wěn)定桿302、仿生翼脈303，撲翼柔性翅膀框架3表面為橢圓形，其整體上表面是微凸起結(jié)構(gòu)，下表面為平面，主翼架301與翼脈穩(wěn)定桿302和仿生翼脈303連接，翼脈穩(wěn)定桿302和仿生翼脈303網(wǎng)狀連接。
[0015]所述撲翼柔性翅膀框架3中仿生翼脈303，仿生翼脈303是仿昆蟲翅主脈的楔形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形狀由翅根向后逐漸變薄，并且每條翼脈都是預(yù)彎曲結(jié)構(gòu)。
[0016]所述撲翼仿生支撐架2的材料采用能產(chǎn)生柔性變形的碳纖維和樹脂復(fù)合材料。
[0017]所述壓電薄膜撲翼I包括:壓電薄膜101，兩個輕質(zhì)超薄電極一 102、電極二 103，兩根連接導(dǎo)線104，壓電薄膜101上下兩面均覆有輕質(zhì)超薄電極一 102、電極二 103，其中各電極在撲翼邊緣分別連接導(dǎo)線104。
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了整套的執(zhí)行動作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0019]如圖1、圖2所示，一種能源可再生撲翼微型飛行器，包括:壓電薄膜撲翼1、撲翼仿生支撐架2、撲翼柔性翅膀框架3、帶有實(shí)時充電功能的控制電路模塊4、機(jī)架體7、電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)6、太陽能發(fā)電薄膜尾翼5、太陽能發(fā)電翅膀蒙皮8。其中，撲翼仿生支撐架2與傳動機(jī)構(gòu)6進(jìn)行相連，傳動機(jī)構(gòu)6和控制電路模塊4均固定在機(jī)架體7上，通過導(dǎo)線將發(fā)電部分