CN101883719B - 扑动机翼式飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扑动机翼式飞行器，其包括框架，该框架具有在其上安装成围绕两个平行的铰转轴线(X)枢转的两个枢转轴，每个枢转轴承载有相应的机翼，这种飞行器包括用于使枢转轴摆动而使机翼扑动的第一摆动发生器，所述第一摆动发生器包括：两个臂(6)，每个臂固定到相应的枢转轴(2)；两个曲柄(9)，每个曲柄围绕平行于枢转轴的铰转轴线(X)的相应轴线(X1)铰接于两个臂中相应的一个的端部；连杆(10)，其围绕平行于枢转轴的铰转轴线(X)的轴线(X2)两端铰接于两个曲柄的端部；同步装置(4)，用于使两个枢转轴的转动同步，使得枢转轴转速相等但转向相反；两个电动机(7)，每个电动机放置成可使两个曲柄之一相对于关连的臂转动；以及控制装置(50)，用于控制和同步电动机的转速以及用于控制电动机之间的相位差。

Description

扑动机翼式飞行器

技术领域

本发明涉及一种扑翼飞机型式的扑动机翼式飞行器。

背景技术

装有两个扑动机翼的飞行器是已知的。已提出了各种用于致动机翼的机构。其中许多采用由电动机致动的曲柄连杆系统。为了改变扑动频率，只要改变电动机的转速就可以了。可是，如果不设置附加的致动器，那些系统不能改变扑动幅度。

发明内容

本发明的目的是提供一种非常简单的用于使机翼扑动的装置，这种装置能够调节机翼的扑动频率和扑动幅度。

本发明提供一种扑动机翼式飞行器，该飞行器包括框架，该框架有安装在其上并可绕两个平行的枢纽轴线枢转的两个枢转轴，每个枢转轴承载有相应的机翼。根据本发明，这种飞行器包括用于使两个枢转轴摆动进而使机翼扑动的第一摆动发生器，该第一摆动发生器包括：

·两个臂，每个臂固定到相应的枢转轴；

·两个曲柄，每个曲柄绕平行于枢转轴的铰转轴线的相应轴线铰接到两个臂中相应一个的端部；

·连杆，其绕平行于枢转轴的铰转轴线的轴线铰接到两个曲柄的端部；

·同步装置，用于使两个枢转轴的转动同步，使枢转轴的转速相等但转向相反；

·两个电动机，每个电动机放置成可使两个曲柄中的一个相对于关联的臂转动；以及

·控制装置，用于控制和同步电动机的转速以及用于控制电动机之间的相位差。

通过使两个电动机以同一转速连续地转动，可使两个机翼往复地扑动。通过调整两个电动机之间的相位差，可调整机翼的扑动幅度。可以任选地通过确保两个电动机处于同相，也就是通过使两个曲柄保持互相平行，使机翼不扑动。

这样，使用易于控制的两个参数(两个电动机的共同转速和相位差)，就可控制机翼的扑动频率和扑动幅度。

应能看出，两个电动机的转速不必是恒定的。但重要的是，要保持两个电动机互相同步，除非给这种系统引进一个附加的自由度。

附图说明

为使本发明可被更好地理解，下面参照附图说明本发明，各附图中：

图1是构成本发明的一个特定实施例的装置的部分切掉的四分之三正视立体图，其两个机翼之一用虚线表示；

图2是图1所示的装置的部分切掉的四分之三后视立体图，其两个机翼之一用虚线表示；

图3是图1所示的装置的前视图，表示出其电动机的工作处于同相位；以及

图4是图1所示的装置的前视图，表示出其电动机的工作处于不同相位。

具体实施方式

参照各附图，按照本发明的一个特定实施例，这种装置包括框架1，其承载有可绕平行的轴线X转动地安装在框架上的两个枢转轴2。在图1的切开部分可以看见支承着枢转轴2之一的滚珠轴承3。

每个枢转轴2上装有可在枢转轴2内绕垂直于轴线X的轴线Y转动的枢转支承件5(图1中只能看见左枢转轴的枢转支承件)。机翼直接地附连到枢转支承件5，其翼展大体上沿着轴线Y延伸。这样，两个枢转轴2之一绕轴线X的往复摆动可使相关的机翼扑动，同时枢转支承件5绕轴线Y的摆动可改变相关机翼的迎角。

下面详细说明控制着机翼的扑动的第一摆动发生器。这种摆动发生器首先包括配合在枢转轴2的沟槽里的交叉皮带4，其能够使两个枢转轴角度同步，因此当两个枢转轴2中的一个转过给定的角度时，另一个枢转轴转过大小相等但方向相反的角度。在变型的方案中，可以采用齿轮连接或能够使两个枢转轴2同步相应转动的任何其它被动式机械传动系统。

第一摆动发生器有臂6，每个臂固定于两个枢转轴2中相应的一个并且延伸以在其相反端接纳相应电动机7，每个电动机的输出轴装有可绕平行于轴线X的轴线X1旋转的转动端8。在该实施例中，两个臂6向下延伸，并且它们在轴线Y水平地延伸时大致是垂向的，这从图3可看得很清楚。每个转动端8承载有曲柄9。曲柄9的端部围绕同样平行于轴线X的轴线X2铰接于连杆10。

在该实施例中，臂6的长度(在轴线X和X1之间测得)大于曲柄9的长度(在轴线X1和X2之间测得)，而连杆10的长度(在两个轴线X2之间测得)等于两个轴线X之间的距离。

按下述使机翼扑动。图3中，两个电动机7以相同的转速沿同一方向转动。由于曲柄9互相平行，所以角度α和α′在所有时刻保持相等。称之为两个电动机7处于同相。这样的运动不会使臂6产生任何摆动，因而枢转轴2也不产生任何摆动。两个机翼不作扑动。

图4中，电动机7以相同的转速转动，但它们是不同相的。曲柄9中的一个相对于另一曲柄角度错开。角度β和角度β′不相等。两个电动机7以相同的转速向同一方向的连续转动可引起两个臂6的扑动式摆动，因而也使两个枢转轴2摆动。机翼通过绕轴线X摆动而扑动。

在这一实施例中，每个电动机7包括角度位置传感器并连接于控制单元50，而控制单元50给电动机供电并可接收来自所述传感器的信息。为了改变扑动频率，控制单元50可改变两个电动机7的转速，同时确保两个电动机7同步并达到相同的转速。为了改变扑动频率，控制单元50可改变两个电动机7的相位差，例如可通过暂时地使电动机中的一个的转速放慢，直至达到所希望的相位差，然后再使所述电动机重新加速而使它再以与另一电动机相同的转速转动。

下面详细说明能够控制机翼的迎角的第二摆动发生器。这个摆动发生器的工作原理与第一摆动发生器的类似。应还记得，每个机翼是固定于但不是直接地固定于相应的枢转轴2，而是固定于可绕轴线Y转动地安装在枢转轴2上的枢转支承件5。

回过来看图1和2，可以看到，每个枢转支承件5包括锥齿轮11，其与安装在传动轴13的端部的锥齿轮12协配，而传动轴13是可绕轴线X转动地安装在枢转轴2上。这两个锥齿轮构成枢转支承件5绕轴线Y的转动与对应的传动轴13绕轴线X的转动的角度输出连接。每个传动轴13的另一端固定于套筒22。套筒22通过交叉皮带24同步地转动，因此，传动轴13中的一个向一个方向转动会使另一个传动轴13向相反的方向转动同样的角度。

每个套筒22包括臂26，每个臂26延伸到在另一端接纳电动机27，电动机27的转动端28绕平行于轴线X的轴线X11转动。在这一实施例中，两个臂26向下延伸并且它们在轴线Y处于水平时是大致垂向的。每个转动端28承载有曲柄29。曲柄29的端部围绕同样平行于轴线X的轴线22铰接于连杆30。

在这一实施例中，臂26的长度(在轴线X和X11之间测得)大于曲柄29的长度(在轴线X11和X22之间测得)，而连杆30的长度(在两个轴线X22之间测得)等于两个轴线X之间的距离。

这个第二摆动发生器的工作与第一摆动发生器的完全相同。在电动机27处于同相时，曲柄29保持互相平行，使得传动轴13不会转动。它们保持静止不动。这时，第二摆动发生器不输出迎角摆动。可是，应能看出，如果第一摆动发生器被起动而使机翼进行扑动摆动，那么该扑动摆动将诱发机翼的迎角的摆动。由于枢转支承件5和传动轴13之间有通过锥齿轮11和12的连接，枢转轴2绕轴线X的转动，即使在传动轴13保持静止时，也有诱发枢转支承件5转动的作用。于是两个机翼经受它们的迎角的诱发摆动，诱发摆动的频率等于扑动摆动的频率。

相反，当电动机27处于不同相时，曲柄29的转动诱发臂26的受控摆动进而诱发套筒24的以及传动轴13的受控摆动。该摆动通过锥齿轮11和12传递到枢转支承件5，于是枢转支承件5摆动起来，由此使机翼的迎角以受控的方式摆动，此外，枢转轴2绕轴线X的摆动也诱发迎角的摆动。

与用于控制电动机7的方式相同，控制单元50也适于控制第二摆动发生器的电动机27。有利的是，可改变电动机27的转速来确保机翼的迎角的摆动频率与机翼的扑动频率一致。

本发明不限于以上的描述，而是涵盖属于权利要求书所定义的范围内的任何变型。

具体地说，尽管所示的装置包括用于控制机翼的扑动的第一摆动发生器和用于控制机翼的迎角的第二摆动发生器，但是在本发明的范围内，可以提供一种只装有可控制机翼的扑动的一个摆动发生器的装置。然后可以非常简单地通过阻止传动轴13转动来把迎角的摆动关联于扑动摆动。这样的装置就简化了，当然其不再能调整迎角的摆动幅度和频率。

如果希望迎角不要摆动，可通过取消传动轴13和枢转支承件以及把机翼直接固定于枢转轴2使这种装置简化。

尽管附图中电动机是安装在每个驱动部件中的臂的端部，但是也可以把电动机安装在框架上，并通过皮带或已知的任何其它传动装置约束曲柄随电动机一起转动。这样可降低枢转轴或套筒绕轴线X的惯性运动。

Claims (6)

1.一种扑动机翼式飞行器，所述飞行器包括框架，所述框架具有在其上安装成围绕两个平行的铰转轴线（X）枢转的两个枢轴，每个枢轴承载有相应机翼，所述飞行器包括用于使所述枢轴摆动而使所述机翼扑动的第一摆动发生器，其特征在于，所述第一摆动发生器包括：

●两个第一臂（6），每个第一臂固定到相应的枢轴（2）；

●两个第一曲柄（9），每个第一曲柄围绕平行于所述枢轴的所述铰转轴线（X）的相应轴线（X1）铰接到所述两个第一臂中相应一个的端部；

●第一连杆（10），所述第一连杆（10）围绕平行于所述枢轴的铰转轴线（X）的轴线（X2）铰接到所述两个第一曲柄的端部；

●第一同步装置，所述第一同步装置用于使所述两个枢轴的转动同步，使所述枢轴转速相等但转向相反；

●两个第一电动机（7），每个第一电动机放置成可使所述第一曲柄中的一个相对于关联的第一臂转动；以及

●控制装置（50），所述控制装置（50）用于控制和同步所述第一电动机的转速以及用于控制所述第一电动机之间的相位差。

2.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述第一同步装置包括张紧于所述枢轴（2）之间的第一交叉皮带（4）。

3.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述第一电动机承载在所述第一臂（6）的端部，每个第一曲柄（9）固定于所述对应的第一电动机的转动端（8）。

4.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述枢轴（2）接纳有枢转支承件（5），所述枢转支承件（5）安装在所述枢轴（2）上以围绕垂直于所述铰转轴线（X）的轴线（Y）转动，所述机翼直接连接到所述枢转支承件，所述飞行器包括第二摆动发生器，所述第二摆动发生器用于使所述枢转支承件摆动而使所述机翼的迎角摆动，所述第二摆动发生器包括：

●两个传动轴（13），所述传动轴安装成围绕所述枢轴的所述铰转轴线转动并连接成通过对应的角度输出装置随所述枢转支承件转动；

●两个第二臂（26），每个第二臂固定于所述传动轴中相应的一个；

●两个第二曲柄（29），每个第二曲柄围绕平行于所述枢轴的所述铰转轴线（X）的相应轴线（X11）铰接到所述第二臂中相应一个的端部；

●第二连杆（30），所述第二连杆（30）围绕平行于所述枢轴的所述铰转轴线（X）的轴线（X22）铰接到所述两个第二曲柄的端部;

●第二同步装置，所述第二同步装置用于使所述两个传动轴的转动同步，使得所述传动轴转速相等但转向相反；

●两个第二电动机（27），每个第二电动机放置成控制所述第二曲柄中相应一个相对于关联的第二臂的转动；以及

●控制装置（50），所述控制装置（50）用于控制和同步所述第二电动机（27）的转速以及用于控制所述第二电动机（27）之间的相位差。

5.如权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述第二同步装置包括张紧于所述传动轴（13）之间的第二交叉皮带（24）。

6.如权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述第二摆动发生器的所述电动机（27）承载在所述臂（26）的端部，每个第二曲柄（29）固定于所述相应第二电动机的转动端（28）。

Images