CN101177168A - 带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置，涉及航空及其模型技术领域，它主要由转翼、挡风罩和轴承等组成，转翼靠其转翼轴通过轴承与挡风罩的两端相连，转翼在动力的驱动下作圆周运动，当转翼的翼片转到挡风罩外侧时产生仿扑翼效果的力作为飞行器的升力和推力，通过改变转翼迎风角度和转翼的转速而改变飞行器受力的方向和大小，从而可以控制飞行器的飞行状态，本发明转翼装置结构简单、效率高、操控方便，使用此装置可制造出具有实用性的、仿扑翼飞行效果的飞行器及其模型，它将为航空业的发展增砖添瓦，将会给航空业带来巨大的变革。

Description

带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置

技术领域

本发明涉及航空及其模型技术领域，特别是一种用于飞行器的用来产生升力和推力的仿扑翼效果的装置。

背景技术

目前世上现有的飞行器产生升力和推力的装置有较多不足：如直升机的旋翼机构复杂，旋翼工作效率较低；固定翼飞机的机翼只能产生升力，不能产生推力；普通扑翼机的翅膀上、下往复扑动，结构复杂，对材料的要求很高，可操作性差；如2005年6月22日公告的申请号为200410067039.1的中国发明专利公开说明书所提出的那样，″扑翼″虽然是转动工作的，但其结构较复杂，操作也相对较困难。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足之处，利用目前发动机、电动机输出轴多作圆周运动而圆周运动比上下扑动的往复运动要容易实现得多的优势，提出了一个新的方案，即带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置，发扬了扑翼下扑时产生升力和推力的优点，而同时克服了扑翼上扑时的负面影响。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置，应用于飞行器及其模型上，用来产生升力和推力，主要由转翼1或1A或1B、挡风罩2或2A或2B和两端轴承3、4等组成，其特征在于：转翼1或1A或1B靠其转翼轴13通过轴承3、4与挡风罩2或2A或2B的两端相连，转翼1或1A或1B在动力的驱动下作圆周运动，当转翼1或1A或1B的翼片转到挡风罩2或2A或2B外侧时产生仿扑翼效果的力作为飞行器的升力和推力，通过改变转翼1或1A或1B的转速和迎风角度来改变飞行器受力的大小和方向，从而控制飞行器的飞行状态。进一步地，转翼1或1A或1B由转翼轴13和安装在其上的翼片11、11′、12、12′或11A、12A或11B、12B组成，翼片的平面形状分为矩形、梯形或半圆弧形；且所有转翼的翼片径向从根部至尖部由厚逐渐变薄。进一步地，当翼片的平面形状为矩形或梯形时，罩在转翼1或1A外的挡风罩2或2A由挡风板21和其两端面组成，挡风板21的内壁是一个光滑的半圆弧形曲面，该曲面的弧度为180°或大于180°，曲面半径大于转翼1或1A的翼尖的旋转半径，挡风罩2或2A的两端面之间的距离大于转翼1或1A的翼片根部的轴向长度。进一步地，当翼片的平面形状为半圆弧形时，罩在转翼1B外的挡风罩2B是一个内壁光滑的半球形曲面，该曲面的弧度为180°或大于180°，曲面半径大于转翼1B的翼片半径。进一步地，当翼片的平面形状为矩形或梯形时，挡风罩2或2A的两个端面有两种形式：a、端面不是封闭的，即可以通风；b、端面是封闭的，即不可以通风。进一步地，数片翼片均匀分布在转翼轴13上，且翼片平面与转翼轴13的轴线的夹角在0°至15°之间。进一步地，该转翼装置安装在飞行器上有三种方式：a、转翼装置中的转翼轴13的轴线与飞行器的前后方向一致；b、转翼装置中的转翼轴13的轴线与飞行器的左右方向一致；c、转翼装置中的转翼轴13的轴线与飞行器的上下方向一致。进一步地，当转翼装置用于需要将转翼轴13的轴线与飞行器的前后方向一致或上下方向一致的飞行器时，翼片的轴向厚度自前至后或自上至下由厚逐渐变薄。

本发明的优点是：提供了一种结构简单，效果象鸟或昆虫扑翼一样，装在飞行器上能使飞行器结构简单、效率高、飞行稳定、安全可靠、操控方便的产生升力和推力的带挡风罩的转翼装置。

附图说明

图1是本发明的第一种转翼装置示意图；

图2.1是图1中翼片为矩形时的转翼主视图；

图2.2是图2.1的侧视图；

图2.3是图2.1的俯视图；

图3是第一种转翼装置的挡风罩的示意图；

图4.1是图1中翼片为梯形时的转翼主视图；

图4.2是图4.1的侧视图；

图4.3是图4.1的俯视图；

图5是本发明的第二种转翼装置示意图；

图6.1是图5中转翼主视图；

图6.2是图6.1的侧视图；

图6.3是图6.1的俯视图；

图7是第二种转翼装置的挡风罩的示意图；

图8是本发明的第三种转翼装置示意图；

图9.1是图8中转翼主视图；

图9.2是图9.1的侧视图；

图9.3是图9.1的俯视图；

图10是第三种转翼装置的挡风罩的示意图；

图11.1是实施例1的主视图；

图11.2是图11.1的侧视图；

图11.3是图11.1的俯视图；

图12.1是实施例2的主视图；

图12.2是图12.1的侧视图；

图12.3是图12.1的俯视图；

图13.1是实施例3的主视图；

图13.2是图13.1的侧视图；

图13.3是图13.1的俯视图；

图14.1是实施例4的主视图；

图14.2是图14.1的侧视图；

图14.3是图14.1的俯视图；

图15.1是实施例5的主视图；

图15.2是图15.1的侧视图；

图15.3是图15.1的俯视图。

图1～图4.3是翼片为矩形或梯形，挡风罩2的两端面不封闭，且翼片平面与转翼轴的轴线的夹角大于0°、小于或等于15°的转翼装置的示意图。为便于区分，以下将这种转翼装置称为第一种转翼装置。

图5～图7是翼片为矩形，挡风罩2A端面封闭，翼片平面与转翼轴13的轴线夹角为0°的转翼装置的示意图。为便于区分，以下将这种转翼装置称为第二种转翼装置。

图8～图10是翼片为半圆形，挡风罩2B为半球形曲面，且翼片平面与转翼轴13的轴线夹角为0°时的转翼装置的示意图。为便于区分，以下将这种转翼装置称为第三种转翼装置。

具体实施方式

本发明转翼装置的工作原理如下：

第一种转翼装置：如图1～图3所示：由动力装置提供能量给转翼1，转翼1作圆周运动，当转翼1的翼片11或12转动到挡风罩2的外边--即如图1的右边时，此时翼片自上而下转动，象飞鸟翅膀向下扑动一样，将空气往下压，在空气的反作用力作用下，转翼产生向上的升力，同时，由于此时转翼1的翼片平面与转翼轴13的轴线存在一定的夹角--相对前方空气为负迎角，在翼片往下压空气的过程中，也会将一部分空气往后送，在空气的反作用力下，转翼1会产生向前的推力；当转翼1的翼片11或12转动到挡风罩2内--即如图1的左边时，此时翼片虽然自下而上转动，但由于安装了挡风罩2，且转翼1的翼片平面与转翼轴13的轴线存在一定的夹角--此时相对前方空气为正迎角，空气在转翼的作用下往后排出，在空气的反作用力作用下，转翼1产生向前的推力--这里所说的前方即看图时的迎面方向；另外，转翼转动时也会产生向左的力，为解决力的平衡问题，本装置在飞行器上使用时至少安装两个。当转翼的翼片为梯形时，如图4.1～图4.3所示，转翼的翼片11′和12′的功能同图2.1～图2.3的翼片11和12相同。

第二种转翼装置：如图5～图7所示：由动力装置提供能量给转翼1A，转翼1A作圆周运动，当转翼1A的翼片11A或12A转动到挡风罩2A的外边--即如图5的右边时，此时翼片自上而下转动，象昆虫翅膀向下扑动一样，将空气往下压，在空气的反作用力作用下，转翼产生向上的升力；当转翼1A的翼片11A或1 2A转动到挡风罩2A内--即如图5的左边时，此时翼片虽然自下而上转动，但由于安装了挡风罩2A，空气只能往外流--即往如图5的右边流动，在空气的反作用力作用下，转翼1A产生向左的推力，固也可以将该转翼装置安装在飞行器的尾部，作推力装置和用来改变飞行器的爬升和俯冲飞行状态用。

第三种转翼装置：如图8～图10所示：由动力装置提供能量给转翼1B，转翼1B作圆周运动，当转翼1B的翼片11B或12B转动到挡风罩2B的外边--即如图8的右边时，此时翼片自上而下转动，象昆虫翅膀向下扑动一样，将空气往下压，在空气的反作用力作用下，转翼产生向上的升力；当转翼1B的翼片11B或12B转动到挡风罩2B内--即如图8的左边时，此时翼片虽然自下而上转动，但由于安装了挡风罩2B，空气只能往外流--即往如图8的右边流动，在空气的反作用力作用下，转翼1B产生向左的推力，固也可以将该转翼装置安装在飞行器的尾部，作推力装置和用来改变飞行器的爬升和俯冲飞行状态用。

本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置的优点在于：用圆周运动的方式代替了扑翼的上下反复扑动，实用性强，效率高，结构简单，对材料的要求不高，用在飞行器上，能使飞行器结构简单、效率高、飞行稳定、安全可靠、操控方便。

按本发明方案可制造出各种用途的转翼飞行器，如供运输用的客货运输机，供旅游观光、娱乐、勘察、摄影、代步、航空运动及教学之用的转翼飞行器及其模型。

下面结合附图来说明本发明装置应用的实施例方案：

实施例1：如图11.1～图11.3所示，应用本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置的飞行器，以下简称″转翼机″，主要由左右对称的两个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置111、112、转翼装置连接支撑大轴7及其支架8、机身119、起落架110、为转翼提供能量的动力装置--含能量传递装置115和116、操控系统和其它附属部件等组成。转翼装置111、112属于前面所述的第一种转翼装置，安装于机身上部左右两侧，待飞时转翼轴的轴线方向与转翼机的前后方向一致，两转翼装置111、112的挡风罩的罩口朝外一即左边的朝左、右边的朝右，两挡风罩用一根支撑大轴7相连，再通过轴承连接在支架8上，支架8安装在机身顶部，为转翼装置111、112提供能量的动力装置安装在与挡风罩和转翼轴相连的两端面支架上。动力通过能量传递装置--可以是齿轮组、皮带、同步带、链条组等，将能量传递给转翼，使转翼绕转翼轴旋转。正常飞行状态下，两转翼组转动方向相反，从转翼机正面看过去，右边的转翼顺时针转动，左边的转翼逆时针转动，如图11.1中的箭头所示。

飞行器的升力主要是靠在挡风罩外的转翼翼片向下转动--类似于飞鸟翅膀向下扑动而获得，飞行器向前的推力靠与前方空气有一个迎角的转翼翼片转动来荻得，即：转翼的翼片旋转到挡风罩外时主要产生升力，同时也产生推力；转翼翼片旋转到挡风罩内时主要产生推力。两转翼装置在操控系统的操控下可绕支撑大轴7转动，从而改变两转翼装置111、112的倾斜状态，用来改变转翼机的受力方向，因而改变转翼机的飞行方向和飞行状态。通过操控系统分别调节两转翼装置111、112的动力装置输出功率可改变两转翼的转速，从而改变转翼产生的升力和推力，再结合操控系统对转翼装置倾斜角度的改变，可使转翼机实现前飞、后飞、上飞、下飞、左飞、右飞、侧飞、倒飞、转弯和空中悬停等各种不同的飞行状态。若转翼停止转动，只要将转翼翼片调整在水平方向或近水平方向时，转翼机可进行滑翔飞行，分别调节转翼机两侧的转翼迎风角度就可以改变滑翔方向和速度。

此方案结构简单，转翼机工作效率高，飞行稳定，操控方便，可垂直升降，能实现自由飞行，可以不采用象普通飞机和直升机那样的长尾巴，提高了安全性。

实施例2：如图12.1～图12.3所示，应用本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置的飞行器，以下简称″转翼机″，主要由左右对称的两个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置121、122、机身129、起落架120、为转翼提供能量的动力装置--含能量传递装置125、安装于尾部的一个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置123、操控系统和其它附属部件等组成。前两个转翼装置121、122属于前面所述的第一种转翼装置，通过其挡风罩固定安装于机身左右两侧，转翼轴的轴线方向与转翼机的前后方向一致，两转翼装置121、122的挡风罩的罩口朝外--即左边的朝左、右边的朝右；后面的转翼装置123属于前面所述的第二种转翼装置或第三种转翼装置，通过其挡风罩固定安装于机身尾部，转翼轴的轴线方向与转翼机的左右方向一致，挡风罩的罩口朝后。为转翼装置121、122和123提供能量的动力装置安装在机身内，能量传递装置安装在与挡风罩和转翼轴相连的端面支架上。动力通过能量传递装置--可以是齿轮组、皮带、同步带、链条组等，将能量传递给转翼，使转翼绕转翼轴旋转。正常飞行状态下，前面两转翼转动方向相反，从转翼机正面看过去，右边的转翼顺时针转动，左边的转翼逆时针转动，尾部转翼翼片在挡风罩外时朝下转动，如图12.1和图12.2中的箭头所示。

飞行器的升力主要是靠前两个转翼装置121、122在挡风罩外的转翼翼片向下转动类似于飞鸟翅膀向下扑动而获得，飞行器向前的推力靠与前方空气有一个迎角的转翼翼片转动来获得，即：转翼的翼片旋转到挡风罩外时主要产生升力，同时也产生推力；转翼翼片旋转到挡风罩内时主要产生推力。尾部的转翼装置123主要用来改变转翼机的俯仰飞行状态，也可以为转翼机产生推力。通过操控系统分别调节三个转翼装置的转翼的转速，从而改变转翼产生的升力和推力，可使转翼机实现前飞、仰飞、俯冲、左右转弯和倒飞等多种不同的飞行状态。若转翼停止转动，只要将转翼翼片调整在水平方向或近水平方向时，转翼机可进行滑翔飞行，分别调节转翼机两侧和尾部的转翼角度就可以改变滑翔方向和速度。

此方案结构简单，转翼机工作效率高，飞行稳定，操控方便，可短距离起飞及着陆，安全可靠。

实施例3：如图13.1～图13.3所示，应用本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置的飞行器，以下简称″转翼机″，主要由左右对称的两个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置131和132、机身139、起落架130、为转翼提供能量的动力装置--含能量传递装置135、安装于尾部的一个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置133、操控系统和其它附属部件等组成。前两个转翼装置131和132属于前面所述的第二种转翼装置，它们通过其挡风罩和其两端面支架固定安装于机身左右两侧机翼137、138中，转翼装置131和132与转翼机的左右机翼连成一体，转翼轴的轴线方向与转翼机的左右方向一致，两转翼装置131和132的挡风罩的罩口朝下，翼片平面形状为长方形，且轴向长、径向短；后面的转翼装置133属于前面所述的第二种转翼装置或第三种转翼装置，它通过其挡风罩固定安装于机身尾部，转翼轴的轴线方向与转翼机的左右方向一致，挡风罩的罩口朝后。为转翼装置131、132和133提供能量的动力装置安装在机身内，能量传递装置安装在机翼内和挡风罩的端面支架上。动力通过能量传递装置--可以是齿轮组、皮带、同步带、链条组等，将能量传递给转翼，使转翼绕转翼轴旋转。正常飞行状态下，前面两转翼转动方向相同，从转翼机的左侧看过去，转翼顺时针转动；尾部转翼翼片在挡风罩外时朝下转动，如图13.2中的箭头所示。

两个转翼装置131和132在挡风罩外的转翼翼片向下至后转动时对转翼机产生升力和推力，当转翼机获得一定的速度后，机翼137、138也产生升力，升力足够时转翼机就会起飞。尾部的转翼装置133主要用来改变转翼机的俯仰飞行状态，也可以为转翼机产生推力。通过操控系统分别调节三个转翼装置的转翼的转速，从而改变转翼产生的升力和推力，可使转翼机实现前飞、仰飞、俯冲、左右转弯和滑翔等多种不同的飞行动作。

此方案结构简单，转翼机工作效率高，飞行稳定，安全可靠，操控方便，但助跑距离较前方案长些。

实施例4：如图14.1～图14.3所示，应用本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置的飞行器，以下简称″转翼机″，主要由左右对称的两个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置141和142、机身149、起落架140、为转翼提供能量的动力装置--含能量传递装置145和146、可操控水平尾翼143、操控系统和其它附属部件等组成。转翼装置141和142属于前面所述的第一种转翼装置，它们通过其挡风罩固定安装在机身左右两侧机翼147、148的翼尖端，转翼装置141和142与转翼机的左右机翼连成一体，转翼轴的轴线方向与转翼机的上下方向一致，两转翼装置141和142的挡风罩的罩口朝外--即左边的朝左、右边的朝右，翼片平面形状为长方形，且轴向短、径向长。为转翼装置141和142提供能量的动力装置安装在机翼下面，能量传递装置安装在机翼147、148和转翼装置141、142的挡风罩的下端面支架上。动力通过能量传递装置--可以是齿轮组、皮带、同步带、链条组等，将能量传递给转翼，使转翼绕转翼轴旋转。正常飞行状态下，两转翼转动方向相反，从转翼机的顶上往下看过去，左侧的转翼顺时针转动，右侧的转翼逆时针转动，如图14.3中的箭头所示。

两个转翼装置141和142在挡风罩外的转翼翼片向后转动时对转翼机产生推力和升力，当转翼机获得一定的速度后，机翼147、148也产生升力，升力足够时转翼机就会起飞。水平尾翼143主要用来改变转翼机的俯仰飞行状态，快速摆动也可以为转翼机产生推力。通过操控系统分别调节两个转翼装置141、142的转翼的转速，从而改变转翼产生的升力和推力，结合改变水平尾翼143的角度，可使转翼机实现前飞、仰飞、俯冲、左右转弯和滑翔等多种不同的飞行动作。

此方案结构简单，转翼机工作效率高，飞行稳定，安全可靠，操控方便，助跑距离较短。

实施例5：如图15.1～15.3所示，应用本发明带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置的飞行器，以下简称″转翼机″，主要由对称的三个带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置151、152和153、机身159、起落架150、为转翼提供能量的动力装置含能量传递装置155、操控系统和其它附属部件等组成。三个转翼装置151、152和153属于前面所述的第三种转翼装置，它们通过其挡风罩互成120°均匀分布固定安装在对称形机身的上部，三个转翼装置的转翼轴的轴线互成60°布置于同一水平面内，各挡风罩的罩口均各自朝外侧。

为转翼装置151、152和153提供能量的动力装置和能量传递装置分别对称安装在机身和挡风罩上。动力通过能量传递装置--可以是齿轮组、皮带、同步带、链条组等，将能量传递给转翼，使转翼绕转翼轴旋转。正常飞行状态下，三个转翼的翼片在挡风罩的外面时转动方向朝下，如图15.2中的箭头所示。

三个转翼装置151、152和153在挡风罩外的转翼翼片向下转动时对转翼机产生升力，转翼机垂直升降。通过操控系统分别调节三个转翼装置的转翼的转速和转向，从而改变转翼产生的作用力，可使转翼机实现全方位飞行和空中悬停。

此方案结构简单，转翼机工作效率高，飞行稳定，安全可靠，操控自如，可实现自由飞行。

Claims (8)

1.带挡风罩的仿扑翼效果的转翼装置，应用于飞行器及其模型上，用来产生升力和推力，主要由转翼、挡风罩和两端轴承等组成，其特征在于：转翼靠其转翼轴通过轴承与挡风罩的两端相连，转翼在动力的驱动下作圆周运动，当转翼的翼片转到挡风罩外侧时产生仿扑翼效果的力作为飞行器的升力和推力，通过改变转翼的转速和迎风角度来改变飞行器受力的大小和方向，从而控制飞行器的飞行状态。

2.根据权利要求1所述的转翼装置，其特征在于：转翼由转翼轴和安装在其上的翼片组成，翼片的平面形状分为矩形、梯形或半圆弧形；且所有转翼的翼片径向从根部至尖部由厚逐渐变薄。

3.根据权利要求1、2所述的转翼装置，其特征在于：当翼片的平面形状为矩形或梯形时，罩在转翼外的挡风罩由挡风板和其两端面组成，挡风板的内壁是一个光滑的半圆弧形曲面，该曲面的弧度为180°或大于180°，曲面半径大于转翼的翼尖的旋转半径，挡风罩的两端面之间的距离大于转翼的翼片根部的轴向长度。

4.根据权利要求1、2所述的转翼装置，其特征在于：当翼片的平面形状为半圆弧形时，罩在转翼外的挡风罩是一个内壁光滑的半球形曲面，该曲面的弧度为180°或大于180°，曲面半径大于转翼的翼片半径。

5.根据权利要求3所述的转翼装置，其特征在于：当翼片的平面形状为矩形或梯形时，挡风罩的两个端面有两种形式：a、端面不是封闭的，即可以通风；b、端面是封闭的，即不可以通风。

6.根据权利要求1、2所述的转翼装置，其特征在于：数片翼片均匀地分布在转翼轴上，且翼片平面与转翼轴的轴线的夹角在0°至15°之间。

7.根据权利要求1所述的转翼装置，其特征在于：该转翼装置安装在飞行器上有三种方式：a、转翼装置中的转翼轴的轴线与飞行器的前后方向一致；b、转翼装置中的转翼轴的轴线与飞行器的左右方向一致；c、转翼装置中的转翼轴的轴线与飞行器的上下方向一致。

8.根据权利要求1、7所述的转翼装置，其特征在于：当转翼装置用于需要将转翼轴的轴线与飞行器的前后方向一致或上下方向一致的飞行器时，翼片的轴向厚度自前至后或自上至下由厚逐渐变薄。

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