仿雁群扑翼飞行系统

摘要

一种仿雁群扑翼飞行系统，包括鸟首、机身、第一扑翼、第二扑翼、第三扑翼、尾翼和能源管理系统，能源管理系统包括薄膜太阳能电池组件、DC-DC变换器、蓄电池和微控制器，由微控制器控制三对扑翼同步扑动，在每个扑动周期中，第二扑翼利用第一扑翼产生的尾涡和第三扑翼利用第二扑翼产生的尾涡，减少飞行阻力；能源管理系统控制薄膜太阳能电池组件和蓄电池给仿雁群扑翼飞行系统供电。本发明由三对扑翼提供动力，大幅提升了承载能力；使用薄膜太阳能电池组件和蓄电池联合供电，有效延长了仿雁群扑翼飞行系统的续航时间。

主权项

一种仿雁群扑翼飞行系统，包括机身(3)、扑翼驱动装置(8)、主翼(601)、副翼(602)、尾翼(7)；所述主翼(601)通过主翼关节(14)与所述机身(3)相连，所述副翼(602)通过副翼关节(29)与所述主翼(601)相连，所述尾翼(7)安装于所述机身(3)的后端；其特征在于：所述机身(3)上安装第一扑翼(4)、第二扑翼(5)和第三扑翼(6)，在每个扑动周期中，所述第二扑翼(5)利用所述第一扑翼(4)产生的尾涡，所述第三扑翼(6)利用所述第二扑翼(5)产生的尾涡，减少仿雁群扑翼飞行系统的飞行阻力；一种仿雁群扑翼飞行系统的能源管理系统包括覆盖于所述机身(3)上表面的薄膜太阳能电池组件(31)、DC‑DC变换器(32)、蓄电池(34)、电机控制器(37)、电机组(38)，所述DC‑DC变换器(32)输入端连接所述薄膜太阳能电池组件(31)，所述DC‑DC变换器(32)输出端通过所述电机控制器(37)连接所述电机组(38)，其特征在于：还包括微控制器(46)、接收发射装置(47)、充电开关管(33)、放电开关管(35)、开关管控制电路(50)、第一采样电路(49)、第二采样电路(48)、第三采样电路(51)、二极管一(52)、二极管二(53)、电源开关(54)、电压转换器(36)、左翼舵机组(39)、右翼舵机组(40)、首尾舵机(41)、霍尔传感器(43)和加速度传感器(42)，所述DC‑DC变换器(32)输出端与所述蓄电池(34)相连接，所述充电开关管(33)位于所述蓄电池(34)和所述DC‑DC变换器(32)之间，所述放电开关管(35)位于所述蓄电池(34)与所述电机控制器(37)之间，所述DC‑DC变换器(32)通过所述电源开关(54)与所述电机控制器(37)相连，所述左翼舵机组(39)、所述右翼舵机组(40)和所述首尾舵机(41)并联在所述电压转换器(36)的输出端，所述电压转换器(36)的输入端与所述电源开关(54)相连，所述二极管一(52)位于所述DC‑DC变换器(32)与所述电源开关(54)之间，所述二极管二(53)位于所述放电开关管(35)与所述电源开关(54)之间，所述薄膜太阳能电池组件(31)通过所述第一采样电路(49)与所述微控制器(46)相连，所述微控制器(46)通过所述开关管控制电路(50)分别与所述充电开关管(33)和所述放电开关管(35)相连，所述微控制器(46)通过所述第二采样电路(48)和所述第三采样电路(51)与所述蓄电池(34)和所述电机控制器(37)相连，所述霍尔传感器(43)和所述加速度传感器(42)与所述微控制器(46)相连；一种仿雁群扑翼飞行系统的能源控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、所述微控制器(46)上电后对仿雁群扑翼飞行系统进行初始化，所述微控制器(46)采集所述薄膜太阳能电池组件(31)的输出电压U_s、所述薄膜太阳能电池组件(31)的输出电流I_s、所述DC‑DC变换的输出电压U_d、所述DC‑DC变换器(32)的输出电流I_d、所述蓄电池(34)的电压U_b、光照度G、温度T、仿雁群扑翼飞行系统的设定扑翼频率f₀、仿雁群扑翼飞行系统的运行扑翼频率f、仿雁群扑翼飞行系统的转向信号、仿雁群扑翼飞行系统的滑翔信号、仿雁群扑翼飞行系统的降落信号，其中所述仿雁群扑翼飞行系统的转向信号分为左转信号和右转信号，所述微控制器(46)将光照度G、温度T、蓄电池(34)的剩余电量SOC、仿雁群扑翼飞行系统的运行扑翼频率f发送到所述接收发射装置(47)，所述蓄电池(34)为锂电池组，所述蓄电池(34)的额定电压为U_B，所述蓄电池(34)的过放电电压为U_min，所述蓄电池(34)的过充电电压为U_max；(2)、当所述蓄电池(34)的电压U_b达到或大于所述蓄电池(34)的过充电电压U_max时，所述充电开关管(33)断开，所述放电开关管(35)闭合，所述微控制器(46)通过改变脉宽调制信号PWM1(55)的占空比，使所述DC‑DC变换器(32)的输出电压U_d等于所述蓄电池(34)的电压U_b与所述放电开关管(35)导通压降之和，所述薄膜太阳能电池组件(31)和所述蓄电池(34)共同向所述电机组(38)、所述左翼舵机组(39)和所述右翼舵机组(40)供电；当所述蓄电池(34)的电压U_b达到或小于所述蓄电池(34)的过放电电压U_min时，所述充电开关管(33)闭合，所述放电开关管(35)断开，所述微控制器(46)对所述蓄电池(34)进行充电控制；(3)、当所述蓄电池(34)的电压U_b小于所述蓄电池(34)的过充电电压U_max，并且所述蓄电池(34)的电压U_b大于所述蓄电池(34)的过放电电压U_min时，所述充电开关管(33)断开，所述放电开关管(35)闭合，所述微控制器(46)通过改变所述脉宽调制信号PWM1(55)的占空比，使所述DC‑DC变换器(32)输出电压U_d为所述蓄电池(34)的电压U_b与所述放电开关管(35)导通压降之和，所述薄膜太阳能电池组件(31)和所述蓄电池(34)共同向所述电机组(38)、所述左翼舵机组(39)和所述右翼舵机组(40)供电；(4)、仿雁群扑翼飞行系统启动后，当所述微控制器(46)检测所述仿雁群扑翼飞行系统的设定扑翼频率f₀变化时，所述微控制器(46)对所述电机组(38)进行调速控制；当所述微控制器(46)检测到所述仿雁群扑翼飞行系统的转向信号时，所述微控制器(46)判别是左转信号或右转信号：当所述微控制器(46)判别是左转信号时，所述微控制器(46)控制脉宽调制信号PWM3(57)，使所述左翼舵机组(39)转速降低，所述微控制器(46)控制脉宽调制信号PWM4(58)，使所述右翼舵机组(40)转速升高，同时所述微控制器(46)控制脉宽调制信号PWM5(59)，所述微控制器(46)通过所述首尾舵机(41)使所述鸟首(1)和所述尾翼(7)左偏；当所述微控制器(46)判别是右转信号时，所述微控制器(46)控制所述脉宽调制信号PWM3(57)，使所述左翼舵机组(39)转速升高，所述微控制器(46)控制所述脉宽调制信号PWM4(58)，使所述右翼舵机组(40)转速降低，同时所述微控制器(46)控制所述脉宽调制信号PWM5(59)，所述微控制器(46)通过所述首尾舵机(41)使所述鸟首(1)和所述尾翼(7)右偏；当所述微控制器(46)检测到所述仿雁群扑翼飞行系统的滑翔信号时，所述微控制器(46)控制脉宽调制信号PWM2(56)的占空比，所述电机组(38)间歇式运转，所述充电开关管(33)闭合，所述薄膜太阳能电池组件(31)对所述蓄电池(34)充电，并且所述微控制器(46)在滑翔过程中检测所述霍尔传感器(43)与所述加速度传感器(42)的输出信号，所述微控制器(46)相应调节所述脉宽调制信号PWM3(57)与所述脉宽调制信号PWM4(58)，仿雁群扑翼飞行系统实现滑翔；当所述微控制器(46)检测到所述仿雁群扑翼飞行系统的降落信号时，所述微控制器(46)调节所述脉宽调制信号PWM2(56)的占空比，所述电机组(38)转速平稳下降至零，并且所述微控制器(46)根据所述霍尔传感器(43)与所述加速度传感器(42)的输出信号控制所述脉宽调制信号PWM3(57)与所述脉宽调制信号PWM4(58)的占空比，仿雁群扑翼飞行系统实现平稳降落。