CN101033005A - 悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置及其地面模拟训练架 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑翔翼人力驱动装置及其地面模拟训练架，包括滑翔翼人力驱动装置和滑翔翼人力驱动装置的模拟训练架，滑翔翼人力驱动装置包括吊架连杆、小吊座、带鞍座脚蹬螺旋桨架、架杆、脚蹬杆和脚蹬、带滚珠轴承脚蹬轴、带伞齿轮的脚蹬转盘、带滚珠轴承的螺旋桨轴、从动伞齿轮、可收折螺旋桨叶、吊索。本发明的目的在于解决了现有的滑翔翼无上升气流时不能爬升，和机动悬挂式滑翔器高成本，高耗油和污染大气等方面存在的问题。本发明的结构简单可靠，制作成本低，便于拆装搬运，飞行安全性高，切实有效可行等特点在与滑翔翼产品配合后，使得人力飞行可以成为一种能够普及推广的航空运动或竞技体育运动或健身运动。

Description

悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置及其地面模拟训练架

技术领域：本发明属于一种航空运动器械，特别是用于人力飞行运动，涉及一种采用人力驱动的滑翔翼形式的装置及其模拟训练架。

背景技术：目前利用人力实现用重于空气的器械飞行是人类的长期梦想和技术挑战，上世纪80年代尽管已经被国外工程技术人员采用特别设计初步实现，但其设计的装置过于昂贵，庞大和脆弱，至今还无法在普通气象条件下进行离地面较高的高度飞行，也就不能成为能够普及推广的航空运动器械。目前人力飞行器还是世界各国少数大学和研究机构继续研制的高额经费项目。按现有的研究设计方案看来，在可预见的未来还很难成为一项能够普及推广的航空运动器械。回顾人力飞行器研究的历史，成功的例子都是在滑翔机的基础上增加脚踏驱动螺旋桨推动装置实现的，扑翼方式至今没有成功的例子。但是滑翔飞行器有两种成功的设计制造方案，一种是大翼展的带尾翼的滑翔机，是早期发展的方案。另一种是后期发展的悬挂式滑翔翼(三角翼)。该方案由于没有机身和尾翼，结构简单轻便，制造成本低，便于拆装搬运，飞行安全性高，很快得到推广普及，成为滑翔飞行运动的主流。可是目前世界各国人力飞行器研究设计单位，始终抱定原有成功的技术路线，即滑翔机设计方案。由于保持大翼展减轻重量，使得这种尺寸庞大的重量太轻的人力飞行器从原理上就无法在普通气象条件的扰动气流中稳定飞行。而从理论上讲，只有在悬挂式滑翔翼的基础上增加脚踏驱动螺旋桨推动装置，才能设计制造出能在普通气象条件的扰动气流中稳定飞行的人力飞行器。而悬挂式滑翔翼一旦能够靠人力实现驱动，克服在无上升气流时不能爬升的根本性缺陷，则可以实现靠人力飞行的一种相对较简易，安全的航空运动器械，使得人力飞行成为一种能够普及推广的航空运动和竞技体育运动。

但是，由于悬挂式滑翔翼没有机身和座椅，操作员又要靠身体前后和左右摆动来操控飞行，脚踏驱动螺旋桨推动装置的设计成为对工程技术人员的一项难度很大的挑战。例如，尽管英国和其他各国的高台人力飞行大赛规则都允许在飞行器上附加非储能的人力驱动装置，但多年来，其最大飞行距离和最长留空纪录保持者采用的还都是无动力的滑翔翼，至今没有人力驱动滑翔翼成功飞行的先例，就是这一难题难度的客观证明。

现有悬挂式滑翔翼是一种相对较简易，安全的滑翔飞行器，作为一种航空运动器械已经在全世界广泛流行。近年来在配备了汽油发动机悬挂驱动装置后，机动悬挂式滑翔翼已发展为替代轻型飞机的一种航空器械，广泛用于航空运动甚至空中摄影和旅游娱乐，其出现就突显了现有悬挂式滑翔翼作为一种航空运动器械的局限性，即在无上升气流时不能爬升，只能利用高度换取飞行距离和留空时间。但机动悬挂式滑翔翼的高成本，耗油和污染大气又使得它不能再成为能够普及推广的航空运动。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置及其地面模拟训练架，其目的在于解决了现有的滑翔翼无上升气流时不能爬升，和机动悬挂式滑翔器高成本，高耗油和污染大气等方面存在的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的

一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置，其特征在于：该驱动装置主要由吊架连杆、带鞍座脚蹬螺旋桨架和吊索三部分构成，吊架连杆和吊索的一端设有吊杆夹和吊索夹，吊架连杆的另一端通过小吊座与带鞍座脚蹬螺旋桨架活动连接，吊索的另一端也连接到带鞍座脚蹬螺旋桨架上；带鞍座脚蹬螺旋桨架的一端设有鞍座，中部与一个“口”字形结构的架杆固定，脚蹬杆和脚蹬通过带滚珠轴承脚蹬轴设置在“口”字形处，在脚蹬杆和脚蹬的脚蹬杆上固定有带伞齿轮的脚蹬转盘，带滚珠轴承的螺旋桨轴设置在架杆中，带滚珠轴承的螺旋桨轴的一端通过从动伞齿轮同带伞齿轮的脚蹬转盘上的伞齿轮相互垂直啮合，另一端设置有可收折的螺旋桨叶。

小吊座同吊架连杆相连的基座上的一侧设置有定位螺栓，基座另一侧设置有滑道和在滑道内的限位螺栓。

可收折螺旋桨叶通过螺旋桨芯盘设置在带滚珠轴承的螺旋桨轴上；螺旋桨芯盘的前后分别设置有螺旋桨前整流罩、后整流罩；可收折螺旋桨叶为两个以螺旋桨芯盘的中心为对称的叶片。

在每个可收折螺旋桨叶的根部与后整流罩之间连接有小拉力弹簧。

带伞齿轮的脚蹬转盘上的伞齿轮同从动伞齿轮之间的变速比为1∶3～6。

本发明还包括一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置的地面模拟训练架，用于人力飞行运动员地面训练，其特征在于：该模拟训练架为权利要求1中的驱动装置固定在一个吊挂梁上，一个三角形操纵架其中的一个角连接在吊挂梁上，另一端通过操纵架拉索将三角形操纵架的另两个角连接在吊挂梁上；在三角形操纵架或吊挂梁上设有操作员吊带。

主吊索通过两个副吊索同吊挂梁相连。主吊索上端连接固定在通用小型滑轨吊车上成为滑动式结构或者直接连接固定在房顶成为固定式结构。

优点及效果：本发明滑翔翼人力驱动装置的工作原理是，按现有悬挂式滑翔翼采用的操作员手持操纵三脚架迎风跑动方式起飞后，操作员身体转为水平，双脚伸入带挂带脚蹬，操作员在利用双臂操控飞行同时用双腿脚驱动螺旋桨旋转，为飞行提供上升和前进的动力。当操作员身体的前后或左右摆动，实现对飞行器的操控时，本发明装置可以跟随操作员身体，继续提供推动力，特别是在操作员操滑翔翼转向而上身左右摆动时，本发明装置可以跟随操作员身体作相应的左右转动，其推动力方向正好协助飞行器的转向，使得比无动力滑翔翼转向要方便有效得多。其可收折的螺旋桨叶，既保证在起飞助跑时和降落时桨叶不致触地，在人力驱动时自动张开以产生推力，又能在飞行员停止驱动飞行器滑翔时自动收折，减少滑翔飞行阻力。本发明解决了现有滑翔飞行器无上升气流时不能爬升和机动悬挂式滑翔翼高成本，高耗油和污染大气的问题，而且其简单的训练操作方法，也极利于其推广和应用；本发明的结构简单可靠，制作成本低，便于拆装搬运，飞行安全性高，切实有效可行等特点使其可以成为一种能够普及推广的航空运动或竞技体育运动或健身运动。

悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置的地面模拟训练架可为人力飞行运动员提供地面体能和技能训练条件。

附图说明：

附图1为本发明滑翔翼人力驱动装置结构示意图；

附图2为本发明滑翔翼人力驱动装置的模拟训练架结构示意图；

附图3为本发明附图1的局部放大示意图；

附图4为本发明与滑翔翼产品配合总体示意图。

具体实施方式：

实施例：

下面结合附图对本发明作进一步描述：附图1中，本驱动装置由吊架连杆1与小吊座2，带鞍座脚蹬螺旋桨架3连接，并通过吊索13和吊索夹14以及吊杆夹15把整个装置安装在悬挂式滑翔翼的挂梁上。吊架连杆1上设有与滑翔翼上的挂梁平行的挂环，通过铰链与吊杆夹15及小吊座2连接，使本装置的螺旋桨轴与挂梁大致平行，并可以通过吊架连杆1、吊索13的摆动相对挂梁作前后约30厘米范围的摆动。带鞍座脚蹬螺旋桨架3通过两个竖直方向螺栓安装在小吊座2下，小吊座的前螺栓孔为弧形滑槽，使得带鞍座脚蹬螺旋桨架3能够以后螺栓为轴在水平面作左右约15度范围的转动(摆动)，吊架连杆1具有可伸缩结构使其长度可调节后固定，吊索13也具有结构使其长度可调节，吊架连杆1和吊索13在所安装的悬挂式滑翔翼挂梁上吊杆夹15和吊索夹14的安装位置也可以前后调节，使得本装置可以适应不同身材运动员使用。在脚蹬螺旋桨架3的下部适当位置装有与架杆相垂直的带滚珠轴承脚蹬轴5，在其两端装有常规运动脚踏车用的脚蹬杆和带挂带脚蹬4(一对)。其中一个脚蹬杆上固定有带伞齿轮脚蹬转盘6。在带鞍座脚蹬螺旋桨架3的脚蹬轴位置之下，通过“口”字形连接的架杆24中还装有带滚珠轴承螺旋桨轴8，螺旋桨轴8的上端固定有从动伞齿轮7，与脚蹬盘上的伞齿轮咬合，另一端固定有带铰链轴(两只)的螺旋桨芯盘11，芯盘外沿的铰链轴(共两只)成对称分布。脚蹬盘6的伞齿轮与从动伞齿轮7的变速比大致为1∶3～6。桨芯盘的前后装有螺旋桨前整流罩9，后整流罩10。桨芯盘上的铰链轴连接着可收折螺旋桨叶12(共两只)，桨叶可以铰链为轴转90度分别呈收折或打开状态。在每个桨叶根部与后整流罩之间连接有小拉力弹簧16(共两只)。拉力弹簧在螺旋桨轴不旋转时能把桨叶拉回收折状态，而当螺旋桨轴旋转时，离心力会使桨叶呈打开状态。图中标注23为鞍座。

本驱动装置尽可能全部采用中空构件，所有杆件的断面采用椭圆或流线形，用轻质材料如：高强度铝合金，工程塑料，碳纤维树脂等制作。在保证必需的机械强度和可接受的制作成本条件下，使重量尽量减轻。

附图2中，显示了本发明地面模拟训练架结构和与驱动装置配合工作状况。地面模拟训练架由吊挂梁17，操纵架18(三角型)，操纵架拉索19(共四根)，运动员吊带20，主吊索21，副吊索22(共两根)等组成。在吊挂梁17上通过吊杆夹15与吊架连杆1铰链接以及吊索夹14吊索13悬挂了人力飞行驱动装置，使本装置的带鞍座螺旋桨轴与挂梁大致平行。运动员通过运动员吊带20也吊挂在吊挂梁17上，运动员双手抓操纵架横杆，身体大致保持水平，双腿脚蹬踏脚蹬驱动螺旋桨，进行训练。如果主吊索21上端固定在训练场房顶梁，称为固定式；如果主吊索21上端固定在常规小型悬吊式轨道滑车(配有一定长度的水平滑轨)上(图中未画出)，则称为前进活动式。

固定式地面模拟训练架上运动员的训练，可以按照静态平衡方式和圆锥运动动态平衡方式两种方式进行。其训练水平，可以通过达到平衡时主吊索偏离垂直的角度，主吊索长度，运动员体重及维持时间来考核。前进活动式地面模拟训练架上运动员的训练水平，可以通过运动员的启动加速度和前进速度等来考核。地面模拟训练架是与悬挂式滑翔机人力飞行驱动装置合起来除可为人力飞行运动员作地面模拟训练外，本身(特别是圆锥运动动态平衡方式和前进活动式)也可以成为一种运动竞技或娱乐器械。

如附图3所示在带鞍座脚蹬螺旋桨架3上吊架连杆1与可收折螺旋桨叶12之间设置吊索13，吊架连杆1通过铰链同小吊座2相连，小吊座2上同吊架连杆1相连的基座25的一侧上设置有定位螺栓26，基座25另一侧上设置有滑道27和设置在滑道27内的限位螺栓28；当操作人员操作此装置需要转向时带鞍座脚蹬螺旋桨架3会以定位螺栓26为轴，在滑道27和设置在滑道27内的限位螺栓28的作用下实现左右约15度范围的摆动，吊索13既起到牵制带鞍座脚蹬螺旋桨架3的作用也起到灵活协助转向的作用，同时本装置的推动力方向正好协助飞行器的转向，使得比无动力滑翔翼转向要方便有效得多；本装置中的吊架连杆1和吊索13的长度可根据操作人员的身材及需求随意调整。

附图4表述了本发明与悬挂式滑翔翼配合飞行状况。在飞行中运动员身体成水平方向。图中虚线表述起飞时或着陆时运动员成直立状态，螺旋桨叶呈收折状态，确保螺旋桨叶不会与地面(起飞台面)刮碰。在运动员停止蹬踏，飞行器进入滑翔状态时，运动员身体保持水平方向，螺旋桨叶也呈收折状态。

如附图1、2、4所示，将一种滑翔翼人力驱动装置28中的吊架连杆1和吊索13通过吊杆夹15和吊索夹14连接在吊挂梁17上使带鞍座脚蹬螺旋桨架3与吊架连杆1大致平行，操作员通过操作员吊带20吊挂在吊挂梁17上，操作员双手抓三角形操纵架18横杆，臀部压住鞍座23，身体大致保持水平，双腿脚蹬踏滑翔翼人力驱动装置28中的脚蹬杆和脚蹬4驱动收折螺旋桨叶12旋转，进行模拟训练，操作员在训练时可通过小吊座2上的滑道27和设置在滑道27内的限位螺栓28作左右约15度范围的摆动，主吊索21即可固定在训练场房顶梁形成固定式训练也可固定在常规小型悬吊式轨道滑车的配有一定长度的水平滑轨上形成前进活动式训练，其造价较低、方便灵活的特点非常利于大众化的推广应用。

从现有技术来看，凭现有的悬挂式滑翔翼产品与本发明实施后的一般产品相配合，一般体力的操作员还难以实现平地起飞的人力飞行运动和比赛。但是在原有悬挂式滑翔翼的运动场地(高台，或小山包)开展，本发明的实施，则足以使飞行距离，高度，留空时间比原有的无动力悬挂式滑翔翼运动的纪录都得到突飞猛进的提高。目前的类似所谓“高台人力飞行大赛”或“鸟人飞行大赛”只能对水面进行，不便于观众欣赏比赛，而本发明使得在较低的起飞设施对地面开展真正的人力飞行竞技比赛成为可能。

Claims (7)

1、一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置，其特征在于：该驱动装置主要由吊架连杆(1)、带鞍座脚蹬螺旋桨架(3)和吊索(13)三部分构成，吊架连杆(1)和吊索(13)的一端设有吊杆夹(15)和吊索夹(14)，吊架连杆(1)的另一端通过小吊座(2)与带鞍座脚蹬螺旋桨架(3)活动连接，吊索(13)的另一端也连接到带鞍座脚蹬螺旋桨架(3)上；带鞍座脚蹬螺旋桨架(3)的一端设有鞍座(23)，在中部有一个“口”字形结构的架杆(24)，脚蹬杆和脚蹬(4)通过带滚珠轴承脚蹬轴(5)设置在“口”字形处，在脚蹬杆和脚蹬(4)的脚蹬杆上固定有带伞齿轮的脚蹬转盘(6)，带滚珠轴承的螺旋桨轴(8)设置在架杆(24)中，带滚珠轴承的螺旋桨轴(8)的一端通过从动伞齿轮(7)同带伞齿轮的脚蹬转盘(6)上的伞齿轮相互垂直啮合，另一端设置有可收折的螺旋桨叶(12)。

2、根据权利要求1所述的一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置，其特征在于：小吊座(2)同吊架连杆(1)相连的基座(25)上的一侧设置有定位螺栓(26)，基座(25)另一侧设置有滑道(27)和在滑道(27)内的限位螺栓(28)。

3、根据权利要求1所述的一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置，其特征在于：可收折螺旋桨叶(12)通过螺旋桨芯盘(11)设置在带滚珠轴承的螺旋桨轴(8)上；螺旋桨芯盘(11)的前后分别设置有螺旋桨前整流罩(9)、后整流罩(10)；可收折螺旋桨叶(12)为两个以螺旋桨芯盘(11)的中心为对称的叶片。

4、根据权利要求1所述的一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置，其特征在于：在每个可收折螺旋桨叶(12)的根部与后整流罩(10)之间连接有小拉力弹簧(16)。

5、根据权利要求1所述的一种悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置，其特征在于：带伞齿轮的脚蹬转盘(6)上的伞齿轮同从动伞齿轮(7)之间的变速比为1∶3～6。

6、一种如权利要求1所述的悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置地面模拟训练架，其特征在于：该模拟训练架为权利要求1中的驱动装置固定在一个吊挂梁(17)上，一个三角形操纵架(18)其中的一个角连接在吊挂梁(17)上，另一端通过操纵架拉索(19)将三角形操纵架(18)的另两个角连接在吊挂梁(17)上；在三角形操纵架(18)或吊挂梁(17)上设有操作员吊带(20)。

7、根据权利要求6所述的悬挂式滑翔翼人力飞行驱动装置地面模拟训练架，其特征在于：主吊索(21)通过两个副吊索(22)同吊挂梁(17)相连；主吊索(21)上端连接固定在通用小型滑轨吊车上成为滑动式结构或者直接连接固定在房顶成为固定式结构。

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