具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

基于离子风驱动的生命体征嗅探微型飞行器，如图1-图2所示，包括有：

一个推进壳体1，推进壳体1包括有上壳体和下壳体，上壳体和下壳体呈卡合式安装，且推进壳体1整体呈内部中空的漏斗状；

一个悬臂机构2，悬臂机构包括有左前悬臂单元21、右前悬臂单元22、右后悬臂单元23和左后悬臂单元24，左前悬臂单元21、右前悬臂单元22、右后悬臂单元23和左后悬臂单元24分别设置于推进壳体1的四角；

一个离子风推进系统3，离子风推进系统包括有左前推进单元31、右前推进单元32、右后推进单元33和左后推进单元34，左前推进单元31、右前推进单元32、右后推进单元33和左后推进单元34分别安装于四个悬臂单元的末端；

一个数据处理系统4，数据处理系统4包括有CPU微控制器单元、NPU单元、传感器单元、变压器单元、信号收发单元、激光单元、高能电池单元以及PCB沉积铜-硅板材。

左前悬臂单元21、右前悬臂单元22、右后悬臂单元23和左后悬臂单元24的结构相同；如图3所示，左前悬臂单元21包括有伺服电机211、轴承212和悬臂轴213；伺服电机211安装固定于推进壳体1的内部，伺服电机211的输出轴连接于悬臂轴213，悬臂轴213贯穿于轴承212，悬臂轴213的末端安装有左前推进单元31。

左前推进单元31、右前推进单元32、右后推进单元33和左后推进单元34的结构相同；如图4所示，左前推进单元31包括有推进壳体301、高压电源303、电极支架304和电极305；推进壳体301呈圆筒状，推进壳体301的顶部开设有若干个进气孔302；推进壳体301的一侧设置有高压电源腔体，高压电源腔体内部安装有高压电源303；推进壳体301的顶部中侧设置有电极支架304，电极305固定在电极支架304上，且电极305电性连接于高压电源303；高压电源303通过变压器单元电性连接于高能电池单元。

CPU微控制器单元、NPU单元、声呐测距单元、陀螺仪单元、变压器单元、信号收发单元、激光单元以及高能电池单元集成式安装于PCB沉积铜-硅板材上。

如图7所示，CPU微控制器单元分别连接于NPU单元、信号收发单元、传感器单元、激光单元和高能电池单元，高能电池单元连接于变压器单元；传感器单元包括有二氧化碳传感器、水蒸气传感器、温度传感器、飞行姿态控制器、声呐测距传感器和陀螺仪传感器。

离子风推进系统3的离子风推力原理：

如图5所示，在高曲率电晕电极和低端曲率集电极之间施加高强度电场时，靠近电晕放电区域的气体分子被电离。电离后的气体分子在电场力的作用下向集电极运动，并与中性空气分子碰撞。当两极板间的电场强度很高时，电子与分子外层电子碰撞将会逐渐达到Townson阈值，即此时电子会从高尖端曲率的近场获得充足的能量。致使初始电子轰击分子外围电子层之后仍旧保持高能态，进而发生并维持电子“雪崩”，从而实现稳定电晕放电。剥离电子之后的带电粒子在强电场力的作用下向与其极性相反的电极移动，与中性气体分子碰撞和交换动能，进而在两极板之间形成宏观尺度所谓的“离子风”。当这部分离子风诱导的高速气流与静止空气碰撞时，便会产生推力，继而形成宏观上飞行运动。

离子风运动速度为：v＝u+μE (2-15)；

其中电流密度为：j＝ρ(u+μE) (2-16)；

区域内体积力近似等同于库仑力作用下的流体运动，主要取决于区域内带电粒子的浓度与电场强度。对于控制容积v内流体的合力和控制平面内的电流满足下式：

F_EHD＝∫∫∫_vρEdV (2-17)；

I＝∫∫_Sjds (2-18)；

对此，依据Gilmore和Barrett所推导的公式即可进行计算推力密度与推进效率：

生命体征嗅探微型飞行器根据具体操作环境有多种不同实施形态，为了充分阐述飞行控制原理，本发明以四悬臂飞行器为样本来进行阐述。

如图6所示，离子风推进系统3的飞行控制原理：

对于该生命体征嗅探微型飞行器而言，为充分实现其操控稳定性，设置俯冲、攀升、悬停、前行(后退)、旋转(平面)、翻滚(空间)6种飞行姿态，有手动操控、智能自控、薄壁激光烧蚀穿越、自毁4种模式。通过操控左前悬臂单元21、右前悬臂单元22、右后悬臂单元23和左后悬臂单元24的转动角度来达到不同的控制效果。当保持在控制稳定时需要通过对角推进单元同向、相邻推进单元反向运动的方式来抵消陀螺效应和空气动力扭矩效应。

俯冲：由平稳状态以较大攻角沿一定方向加速下坠。位于前方的左前推进单元31、右前推进单元32输入电流减少，推力降低后，右后悬臂单元23和左后悬臂单元24向上反转，给予一个水平方向的速度矢量。

攀升：由平稳状态以较大攻角沿一定方向斜向上方加速运动，前方的左前推进单元31、右前推进单元32输入电流增大，加速推进后方的推进单元与俯冲状态相同。

悬停：左前推进单元31、右前推进单元32、右后推进单元33、左后推进单元34的推力输出一致，根据初始状态调整大小，最终悬停状态时形成的推进力与重力相等，最终速度为0。

前行(后退)：前行和后退是在维持平稳状态的条件下进行水平方向的运动，即左前推进单元31、右前推进单元32和右后推进单元33、左后推进单元34在垂直方向上合力为零，水平方向的合力沿所在平面。

旋转：在一平面上进行旋转主要是给予飞行器一个转矩，即在维持垂直方向的运动外，给予水平面上的一个转矩，是飞行器绕重心做旋转运动。对角线上的左前悬臂单元21、右前悬臂单元22、右后悬臂单元23和左后悬臂单元24在反方向对称偏移，实现旋转运动。

翻滚：绕飞行器重心的转动与中心的平动的合运动，通过对角线上的左前悬臂单元21、右前悬臂单元22、右后悬臂单元23和左后悬臂单元24给予飞行器转矩，在速度矢量叠加后即实现翻滚。

对于上述状态的操控简述，如表1所示，其中编号顺序按顺时针进行，推进单元1与推进单元3、推进单元2与推进单元4为对侧，“+”表示增加推力输出；“-”表示减少推力输出；“＝”表示维持稳定推力输出；“/”表示伺服电机正偏斜，即伺服电机位于水平面上方；“\”表示伺服电机反偏斜，伺服电机位于水平面下方。

表1状态控制

对于四种模式而言均相对简单，这里只阐述激光烧蚀穿越障碍物这一模式。位于头部的高能激光启动，运移状态由平移、旋转、上升、下降四种基本状态组成，激光烧蚀区域大小大于飞行器外轮廓，实现穿越功能。

实施例1

为了充分说明生命体征嗅探微型飞行器的功能，以探测地震垮塌后形成的松散建筑堆叠物种探查是否有生命存在的工程背景，以飞行器的烧蚀穿跨越功能为例，解释其功能实现。图8示意图展示了生命体征嗅探微型飞行器在空间中的飞行情况，在飞行器检测到前方存在无法飞越的障碍物时，启动激光烧蚀功能，在前行方向烧蚀一合适的孔洞，使得飞行器能够成功穿越封闭空间。

生命体征嗅探微型飞行器按照俯冲、前行、俯冲、前行、悬停、激光烧蚀、攀升、悬停的。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。