CN101289115A - 复合旋转式“扑翼”飞机 - Google Patents

Abstract

机身(9)的两侧有装有旋翼的两个三辐旋架带着旋翼对称旋转，旋翼转速为旋架转速之半，这种旋翼运动十分类似鸟翼扑击而获升力，其获取升力所耗动力十分经济，是一种经济实用的飞行器。

Description

复合旋转式“扑翼”飞机

本发明目的是要提供一种经济轻便的载人飞机器，它可用于空中出行、农业航空、救灾救护、巡逻跟踪、汽车不达之地等。

除开行动不便的氢气、氦气、热气球外想要获得升空力最经济之法莫过于模仿鸟类鼓动双翼，有资料说(记得大概是1956、1957年的某期“知识就是力量”杂志上一篇介绍扑翼飞机文章说的)按鸟翼运动模式获取升力，1千瓦动力约可得升力14公斤，而按螺桨模式来获取升力，1千瓦动力约可得升力4公斤，这就是说前者的经济效益约为后者的3.5倍。人们想创制扑翼飞机由来已久，成效甚微，近年虽小有成功，但机重不过十几克几十克，若要将之大型化到足以载人还困难重重，因为鸟翼运动是一种十分复杂的往复运动，即使是简单往复运动要大型化，也要遇到频繁交变的巨大的往复惯性力障碍的。

本发明是一种既无频繁交变惯性力作祟的旋转运动又有升力效益胜过鸟翼的“扑翼”飞机，下面就结合附图来进行说明。图1A、图1B是本发明基本设计的前视，俯视图：机身(9)的两侧有对称旋转的两个三辐旋架(8a、8b、8c)，其中(8a)为前三辐，(8b)为中三辐，(8c)为后三辐，前后两个三辐仅为支承旋翼轴的一个端头，中三辐除为支承旋翼轴另个端头外其内部还有控制旋翼运动的传动机构。为便于安装这些传动机构，中三辐是由两个半三辐(8b₁，8b₂)合接而成的，一个旋架上有三组旋翼，每组两张，此两张旋翼的轴向投影重合，一个旋架由两个三辐半架对接构成。三组(六张)旋翼分装于两个半架之辐臂端头。

图1A图1B中标记：1-旋翼，2-旋翼旋转传动机构包壳，3-旋翼运动传动中枢包壳，4-旋架前支樑，5-旋架后支樑(内中包封有发动机的传动轴)，6-水平尾翼(前飞时才是水平状，平放时有些仰角)7-垂直尾翼(附设方向舵)，8-旋架轴(空心的)，8a-旋架前三辐，8b-旋架中三辐(由半三辐8b₁，8b₂构成)，8c-旋架后三辐，9-机身，10-后轮，11-前轮，12-旋架减速传动器包壳，13-发动机(拟用三角转子发动机)。

旋翼运动的瞬时图象示于图2A：

在X轴上有以y轴对称的O，O′和P，P′；P为AB的中点；P′为A′B′的中点，在起始时令AB、A′B′均垂直于X轴，令P以O为圆心，OP为半径逆时针向旋转，令P′以O′为圆心，O′P′为半径顺时针向旋转，且令此两种旋转为同速的，在P，P′各绕O，O′同速异向旋转之同时，令AB、A′B′各绕P，P′以P绕O之同向半速，P′绕O′之同向半速，对称旋转，则图中A₁P₁B₁，A₂P₂B₂……A₇P₇B₇及A₁P₁′B₁′，A₂′P₂′B₂′……A′₇P′₇B′₇等即为上述运动中APB，A′P′B′的几个瞬时图象。由此瞬时图象可见APB，A′P′B′任何瞬间其自身或其延伸线均是通过P、P′(在X轴上的P、P′)的。这由几何定理：弦切(线)角等于弦所对弧估角度的

可证的。

可将APB，A′P′B′作上述运动的瞬时图象看成是以P，P′(在X轴上的P，P′)为“翼枢”的一对“扑翼”的瞬时图象，可见这对“扑翼”的轴除运动到P，P′(在X轴上的P，P′)无升力外，其余任何处所受空气阻力均会产生向上分力即升力的。这对“扑翼”除有上举下扑过程外还伴有外伸内缩过程。上举的前半期为内缩的后半期，上举后半期为外伸前半期，下扑前半期为外伸后半期，下扑后半期为内缩前半期。

由图2A还可看到：这对“扑翼”在外伸前半期(上举后半期)两翼背向运动而分开将会抽稀机身(图中用梨形表示)上方空气而使机身受到托举力，这对“扑翼”在内缩后半期(上举前半期)两翼相向运动夹压其间之空气而使机身受到托举力。

“扑翼”优于鸟翼之处是“扑翼”在随旋架旋转一周之中除只有一个点无升力外，其余任何处无论是外伸内缩上举下扑均要产生升力。而鸟翼没有外伸内缩过程，其上举时期是无升力的，且上举时间长于下扑时间，因此此“扑翼”利用率是远高于鸟翼的。

图2B是一架三辐旋架“扑翼”飞机简图，由图可见OP、O′P′的夹角略小于180°，这样可增加飞机的稳定性，正如现用飞机的两翼都有一些仰角一样。

图3A示出驱动旋架的传动减速机构的第一级减速结构，由于旋架转速低，一般2～4转/秒，发动机转速一般60～100转/秒，故减速比较大须用两级减速方可，一级减速用蜗轮蜗杆，为提高蜗轮轮齿利用率，图中用四个切向蜗杆，相邻蜗杆用锥角90°的切锥齿轮联系，当然这种设计会使重量增加，如是得不偿失的话，还是用普通蜗轮蜗杆，图中6个虚线园表示第二级减速，是公知的行星齿轮减速机构，外恒齿轮(内齿圈)的轮辋向两端延伸以齿轮室包夹架为轴，轮辋外沿设花键嵌入三辐旋架轴相应端头的花键槽中以驱动旋架，此第二级减速器的内恒齿轮轴如图3B中K示要延伸到中三辐去作为旋翼运动传动中枢的第一件。

图4A、4B、4C示出旋翼运动传动机构，图4A中居中齿轮(V₀)接K轴(旋架传动第二级内恒齿轮的延伸轴)，(V₀)周围有三个随旋架旋转的切向齿轮(V₁)其轴借关节(J₁)径向传动轴(T₁)关节(J₂)连接着蜗杆(V₂)以驱动三辐辐臂端头内的蜗轮(V₃)，(V₃)的中空轴孔内设花键槽用以嵌入旋翼轴相应端的花键，只要蜗杆螺纹方向正确就可使旋翼旋向正确。通常旋架第二级减速比为3(或4)也就是如旋架正向(反向)转一周。其内恒齿轮反向(正向)转三周(或四周)故内恒齿轮相对于旋架来说是旋架转一周内恒齿轮转四周(或五周)若取转速V₀∶V₁＝1∶4则旋架转一周(V₁)转16周(或20周)如V₂蜗杆为单头线的，则在(V₃)蜗轮齿数为32(或40)时，就可使旋翼转速为架转速之半的，即旋架旋翼的转速转向均符合权利要求2所述特征。

图5A～5D示出旋翼传动的另一方案，其传动中枢中心齿轮与旋翼蜗轮间的传动不再用关节，更为简单些。

图6示出当在旋翼运动划扫面左上方右上方添装导气屏风M后，可使升力增加，从而使“扑翼”的升力效益更高于鸟翼。

如想此“扑翼”飞机更大型，可增装旋架，考虑使用燃气涡轮发电/电动“扑翼”飞机。

Claims (5)

1、一种复合旋转式“扑翼”飞机(后文简称“扑翼”飞机)包括对称安装于机身两侧的两个三辐旋架，每个旋架上有三组旋翼，以及旋架的传动机构、旋翼的传动机构等。

2、按权利要求1所述的“扑翼”飞机其特征在于，旋翼要在旋架上旋转——旋转上的旋转——复合旋转，前视此机其左旋架为逆时针向旋转，右旋架为顺时针向旋转，旋翼在其所在的旋架上转向在轴向投影面上二者相同，转速则是旋翼为旋架的1/2，因而旋翼相对于旋架的转向又与旋架相反。两个旋架带着各自的旋翼是作对称旋转的。

3、按权利要求1所述“扑翼”飞机其特征在于当添装上大面积滑翔翼后就有机会利用上升气流来增加航时航程，同时保安性也更好，遇机械故障时可平安滑翔降落。也可重复开机升爬升、停机(或怠速)滑翔来增加航时航程。

4、按权利要求1所述“扑翼”飞机其特征在于要前飞时是调整整机重心使机身向前有一俯角。也可添装可离合牵引螺浆，有牵引螺浆的“扑翼”飞机，气候适应性更好，航速更高。

5、按权利要求1所述“扑翼”飞机，其特征在于当在其左旋架旋翼运动划扫面的左上方及其右旋架旋翼运动划扫面的右上方添装约90°弧的弧形屏风后，可使升力增大，可使“扑翼”的升力效益胜过鸟翼的。

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