CN100467347C - 一种两段式微型扑翼飞机机翼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两段式微型扑翼飞机机翼。本发明分为内翼段(3)和外翼段(2)，其中内翼段的翼型为弧形，外翼段的翼型为平面形，并且内翼段(3)与外翼段(2)的翼面不在同一平面。内翼段弧形翼肋(8)的两端分别固定在前主梁(4)和尾梁(7)上，使内翼段刚度分布均匀，弹性变形小，有利于产生较大的升力；外翼段的直翼肋(9)前端固定在前主梁(4)上，中部固定在斜梁(1)上，尾端为悬臂梁形式，构成了前缘刚度大，后缘刚度小的柔性结构，有利于产生较大的推力。与现有技术中的常规平板机翼相比，该两段式机翼可以兼顾平板机翼和带弯度机翼的优点，同时回避了各自的缺点，整个机翼可以产生更大的升力和推力，具有结构简单、气动效率高的优点。

Description

一种两段式微型扑翼飞机机翼

(一)技术领域

本发明涉及微型扑翼飞机，具体是一种两段式微型扑翼飞机机翼。

(二)背景技术

微型扑翼飞机是微型飞机的一种，微型飞机是近年来新兴的一个技术领域，一般认为微型飞机的基本指标是：飞行器是各个方向的最大尺寸不超过15厘米的一类飞行器，其续航时间20～60分钟，航程达到10千米以上，飞行速度30～60千米/小时，可以携带20克的有效载荷并能完成规定的任务。

微型扑翼飞机模仿鸟类的飞行原理，通过机身两侧的一对翅膀的上下扑动产生飞行所需的支撑身体重量的升力以及克服前飞阻力的推力，具有气动效率高，机动灵活，应用范围广，执行任务时隐蔽性强的特点，因此有很高的军事和民用应用价值。目前，已实现成功飞行的微型扑翼飞机主要有美国AeroVironment公司的“Microbat”微型扑翼飞机、荷兰Delft大学研制的“DELFLY”微型扑翼飞机等，国内主要有西北工业大学研制的PY系列微型扑翼飞机以及南京航空航天大学研制的微型扑翼飞机等。微型扑翼飞机具有气动效率高，机动灵活，应用范围广，执行任务时隐蔽性强的特点，因此有很高的军事和民用应用价值。

现有已成功实现飞行的微型扑翼飞机多采用平面骨架+薄膜蒙皮的平板翼型机翼。风洞吹风实验表明平板翼型机翼虽然能够产生较大的推力，但升力系数较小，要获得平飞所需升力，微型扑翼飞机必须以很大的迎角飞行，此时会产生很大的阻力，影响扑翼飞机的飞行速度、航程和飞行时间，阻碍了微型扑翼飞机进一步发展。另一方面，在尝试采用带有弧度的机翼用于微型扑翼飞机时发现：有弧度的机翼由于弯曲翼型的影响，机翼的刚度比较大，弹性变形小，产生的推力较小，同时有弧度的翼型型阻较大，机翼总的阻力比平板翼型机翼大很多。

(三)发明内容

为了克服现有技术中存在的有弧度的机翼阻力大，平板翼型的机翼升力较低，气动效率低的不足，提高现有微型扑翼飞机机翼产生升力和推力的效率，本发明提出了一种两段式微型扑翼飞机机翼。

研究表明，有弧度的机翼升力系数大，推力系数小；平板机翼升力系数小，推力系数大；扑翼飞机机翼外翼段对升力的贡献小，对推力的贡献大；内翼段对升力的贡献大，对推力的贡献小；柔性机翼有利于推力的增加，刚性机翼有利于升力的增加。

根据上述原理，本发明将微型扑翼机机翼分为内翼段和外翼段，其中内翼段为机翼全长的五分之三，外翼段为机翼全长的五分之二；内翼段的翼肋为弧形，使得内翼段的翼型型面亦为弧形；外翼段的翼肋为直翼肋，使得外翼段的翼型型面亦为平面形；本发明中内翼段的翼面与外翼段的翼面不在同一平面。

内翼段每根翼肋的两端均分别与前主梁和尾梁固定连接，形成了刚度较大的机翼骨架；在内翼段翼根部，有直的辅助翼肋，该辅助翼肋的一端与前主梁固定连接，另一端与尾梁固定连接，并且与外翼段的直翼肋同处一个平面内。由翼肋、辅助翼肋、前主梁、机翼尾梁共同构成稳定的框架结构，刚度分布均匀，弹性变形小，有利于产生较大的升力。

外翼段每根翼肋前端均固定在前主梁上，中部固定在斜梁上，其尾端为悬臂梁形式，与前主梁、斜梁构成了前缘刚度大，后缘刚度小的柔性结构，使外段机翼能绕前主梁发生少量弹性扭转变形，有利于产生较大的推力。

前主梁水平布置在机翼前缘，尾梁布置在内翼段后缘，与前主梁平行，二者的距离与直翼肋长度相同。斜梁位于前主梁和尾梁之间，与前主梁之间有一夹角；斜梁的一端在翼根处与尾梁相交并相固定在一起，另一端在翼梢处与直翼肋的前部相交并固定在一起，支撑着每根直翼肋。

相互固定好之后的翼肋、翼梁构成了机翼结构骨架，分别在内翼段和外翼段的结构骨架上蒙上机翼蒙膜，最终构成一个完整的机翼。

与现有技术中的常规平板机翼相比，该两段式机翼可以兼顾平板翼面机翼和有弧形翼面机翼的优点，同时回避了各自的缺点，整个机翼可以产生更大的升力和推力，具有结构简单、气动效率高的优点。

(四)附图说明

附图1为具体实施例示意图(俯视图)；

附图2为具体实施例示意图(轴测图)。图中：

1.斜梁        2.机翼外翼段 3.机翼内翼段   4.前主梁     5.机翼蒙膜

6.辅助翼肋    7.尾梁       8.弧形翼肋     9.直翼肋

(五)具体实施例

本实施例是一副微型扑翼飞机机翼，包括前主梁4、直翼肋9、弧形翼肋5、辅助翼肋6、斜梁1、尾梁7、机翼蒙膜5。

本实施例将该微型扑翼机机翼分为内翼段和外翼段，内翼段为机翼全长的五分之三，外翼段为机翼全长的五分之二，且内翼段的翼型型面为弧形，外翼段的翼型型面为平面形，使得内翼段的翼面与外翼段的翼面不在同一平面。

以左机翼为例，在实施过程中：

前主梁4、尾梁7、斜梁1为炭纤维树脂合成材料，前主梁4与机翼同长度，水平布置在机翼前缘；尾梁7长度为机翼全长的五分之三，布置在机翼内段3的后缘，与前主梁4相互平行，二者相距的距离与长直翼肋5长度相同：斜梁1位于前主梁和尾梁之间，一端在翼根处与尾梁相交并相固定在一起，另一端在翼梢处与直翼肋9的前部相交并互固定在一起，支撑着直翼肋9，并且与前主梁4之间有25度夹角。

外翼段2的翼肋共四根，为用炭纤维树脂合成材料制成的直翼肋9。并将每根直翼肋的前端分别粘结在外翼段的前主梁上，中部粘结在斜梁上，其尾端为悬臂梁形式，形成了柔性机翼骨架；在外翼段的翼梢有切角，故该部位的直翼肋最短。

内翼段3的翼肋共四根，为用炭纤维树脂合成材料制成的弧形翼肋8。将四根弧形翼肋均匀分布在内翼段内，并使内翼段与外翼段的结合处的弧形翼肋与直翼肋9在同一垂直面上。将每根弧形翼肋的一端粘结在前主梁上，另一端与尾梁固定，形成了刚性机翼骨架；在内翼段3的翼根部，有直的辅助翼肋6，该辅助翼肋6的一端与前主梁粘结连接，另一端与尾梁粘结连接，并且该辅助翼肋与外翼段的直翼肋同处一个平面内。

在布置内翼段3的翼肋时，需在翼根处留出一定长度的前主梁和尾梁，用以与机身的连接。

相互粘结固定之后的翼肋、翼梁构成了机翼结构骨架，分别在内翼段3和外翼段2的结构骨架上蒙上聚酯材料的机翼蒙膜5，最终构成一个完整的机翼。

右机翼的构成与制作同左机翼。

Claims (6)

1.一种两段式微型扑翼飞机机翼，包括翼肋、蒙膜和机翼支撑梁，其特征在于将机翼分为内翼段(3)和外翼段(2)，并且内翼段的翼面与外翼段的翼面不在同一平面；内翼段为机翼全长的五分之三，其翼肋(8)为弧形，内翼段的翼型型面亦为弧形；外翼段为机翼全长的五分之二，其翼肋(9)为直翼肋，外翼段的翼型型面亦为平面形。

2.如权利要求1所述两段式微型扑翼飞机机翼，其特征在于将机翼的支撑梁分为前主梁(4)、尾梁(7)和斜梁(1)，其中前主梁水平布置在机翼前缘，尾梁布置在内翼段(3)后缘，与前主梁相互平行，二者相距的距离与直翼肋(9)长度相同；斜梁位于前主梁和尾梁之间，并与前主梁之间有25度夹角；斜梁的一端在翼根处与尾梁相交并相互固定在一起，另一端在翼梢处与直翼肋的前部相交并固定在一起，并且支撑着每根直翼肋。

3.如权利要求2所述两段式微型扑翼飞机机翼，其特征在于内翼段(3)的每根翼肋(8)的两端均分别与前主梁(4)和尾梁(7)固定连接，形成了刚性机翼骨架；

4.如权利要求2所述两段式微型扑翼飞机机翼，其特征在于外翼段(2)每根翼肋(9)的前端固定在前主梁(4)上，中部固定在斜梁(1)上，其尾端为悬臂梁形式，与前主梁、斜梁构成了前缘刚度大，后缘刚度小的柔性结构。

5.如权利要求1所述两段式微型扑翼飞机机翼，其特征在于分别在内翼段(3)和外翼段(2)的结构骨架上蒙上机翼蒙膜(5)。

6.如权利要求3所述两段式微型扑翼飞机机翼，其特征在于在内翼段(3)的翼根部有直形的辅助翼肋(6)，该辅助翼肋(6)的一端与前主梁(4)固定连接，另一端与尾梁(7)固定连接，并且该辅助翼肋与外翼段的直翼肋同处一个平面内。

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