十字形压电直驱V翼结构实现亚克级扑翼微型飞行器无绳持续稳定飞行

《Nature Communications》：An untethered sub-gram flapping-wing flight system achieves sustained self-stabilizing and altitude-controlled flight

　　

摘要

昆虫级扑翼微型飞行器在搜索与救援等应用中具有巨大潜力。然而，亚克级尺度下严苛的功率和载荷约束限制了持续无绳飞行。受全周旋转运动产生高升力的启发，本研究提出了一种十字形压电直驱V翼结构。该结构利用音叉振动模式产生全周扑翼，无需外部锚定即可抑制机身振动，显著提高了压电直驱扑翼微型飞行器的升力性能。基于该原理，我们研制了一款重量为389毫克、翼展6.8厘米的十字形四压电执行器V翼微型飞行器，最大升力可达1850毫克。波形调制将173毫克驱动电路的效率提高至45%，同时机械自稳定机制抑制了姿态扰动。与350毫克电池集成后，总重984毫克的系统实现了亚克级扑翼微型飞行器的无绳、持续、稳定飞行。无绳扑翼微型飞行器系统的最大升阻比为1.88，最大飞行高度超过10米，低功耗条件下连续飞行时间超过240秒。该系统还展示了高度控制和抗扰动的无绳飞行能力。