CN102180263A - 外齿啮合扑翼升力生成装置 - Google Patents

Abstract

外齿啮合扑翼升力生成装置，属扑翼飞行器及其模型技术领域，包括主轴、齿轮、带外齿扑翼、定位棒、前端板、后端板和固定板，齿轮和带外齿扑翼分别布置在固定板的两侧，定位棒穿过带外齿扑翼固定安装在前端板和后端板之间。在动力的驱动下，齿轮带动带外齿扑翼下扑产生升力，由于固定板的限制，带外齿扑翼转动半圈后直线上升。该装置结构简单，效率很高，可用于飞行器及其模型做升力装置。

Description

外齿啮合扑翼升力生成装置

技术领域

外齿啮合扑翼升力生成装置，涉及扑翼飞行器及其模型技术领域，可广泛应用于运输、军事、体育娱乐、玩具、农林业等领域。

背景技术

人类渴望像鸟一样在空中自由飞翔，到目前为止，都没实现真正意义上的扑翼飞行。

传统的连杆机抅扑翼靠上下煽动来产生升力，机构复杂，且效率较低；专利号为ZL200710071871.2公开了一种扑翼升力生成装置，它是借助“处理同一水平面内的两根转轴分别向内旋转时，因离心力作用而向外滑动的两个翼片拨动空气向下运动并产生升力”，其效率比传统扑翼高，但翼展和产生升力的扑动范围受到最小弦长、整流罩和弧状窄条导轨的制约；公布号为CN101708775A，名称为“扑翼升力生成装置”的专利申请公开了一种靠扑翼提升机构使扑翼复位的扑翼升力生成装置，其效率较高，但机构传动系统和控制系统均很复杂，运行机动性和可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种效率更高、结构简单且运行可靠的扑翼升力生成装置。

本发明采用的技术方案是：包括主轴、齿轮、带外齿扑翼、定位棒、前端板、后端板和固定板；带外齿扑翼可看作由四块厚度相等的等宽刚性板光滑连接而成，其中两块为矩形平板，它们互相平行，另两块为半圆弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；带外齿扑翼的外表面中部周围带有能与齿轮啮合的直齿；齿轮安装在主轴上，主轴通过轴承与扑翼飞行器机身相连，主轴与扑翼飞行器前进方向一致，且与固定板平面平行；定位棒为表面光滑的刚性圆柱体，它的最大外径与带外齿扑翼的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好保证紧密滑动间隙配合，定位棒穿过带外齿扑翼固定安装在前端板和后端板之间，使带外齿扑翼的一侧外表面贴住固定板，定位棒与主轴平行，且定位棒的中心线处于过主轴轴线的水平面内，固定板上下对称于该水平面；前端板和后端板固定在固定板的一侧，固定板中心区域开有方孔，以便固定板另一侧的齿轮通过此方孔与带外齿扑翼表面的直齿啮合，固定板是刚性的，它与扑翼飞行器机身固连，竖直布置，固定板也可以是机身的一部分，固定板贴近带外齿扑翼的一侧是平面的，其高度大于带外齿扑翼翼展(即带外齿扑翼的长度)的两倍，其宽度大于带外齿扑翼的弦长(即带外齿扑翼的宽度)，为方便带外齿扑翼紧贴固定板滑动，该侧在带外齿扑翼的直齿经过的位置开有凹槽，槽深大于齿高。

为减小带外齿扑翼紧贴固定板滑动时的摩擦，可以在固定板的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。固定板有以下四个方面作用：第一，用来限制带外齿扑翼向左侧转动；第二，用作带外齿扑翼上升运行导向；第三，同带外齿扑翼配合产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果；第四，用来固定前端板和后端板。

为减小带外齿扑翼内表面与定位棒之间的摩擦，定位棒还可以有另两种结构形式：可由一根棒和均匀对称镶在该棒的外表面的减摩滚珠或减摩滚针组成，如果采用减摩滚针的话，它们与定位棒平行，减摩滚珠或减摩滚针的数量为8的整数倍，并确保此结构形式的定位棒包括减摩滚珠或减摩滚针在内的最大外径和带外齿扑翼的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个减摩滚珠或减摩滚针的中心和定位棒的中心线处于过主轴轴线的水平面内，定位棒与主轴平行；定位棒也可以由多个套筒轴和套装在其上的减摩套筒组成，套筒轴为8根，也可以为12根或16根，每根套筒轴上都套装一个减摩套筒，套筒轴环形阵列，它们固定在前端板和后端板之间，相邻减摩套筒之间均留有空隙，以免相互之间卡住，应确保环形阵列结构形式的定位棒包括减摩套筒在内的最大外径和带外齿扑翼的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个套筒轴的中心线和环形阵列的中心线处于过主轴轴线的同一水平面内，所有的套筒轴都与主轴平行。

前端板和后端板大小相等，它们的高度和宽度都稍大于带外齿扑翼的总体厚度，前端板和后端板除用来固定定位棒外，还有一个作用是挡住带外齿扑翼，限制带外齿扑翼在前后方向移动，前端板和后端板的内侧是光滑的平面，它们的内侧间距以稍大于带外齿扑翼的弦长为宜。

在动力的驱动下，主轴带动齿轮做逆时针方向转动，由于齿轮与带外齿扑翼的直齿啮合，假设起始位置是带外齿扑翼处于竖直方向的最高位置，在齿轮的带动下，带外齿扑翼绕定位棒作顺时针方向转动，拨动空气向下运动，产生向上的升力，再加上固定板与带外齿扑翼的共同作用，在固定板和带外齿扑翼之间产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果，该装置产生升力的效果更明显，效率极高；当带外齿扑翼转到竖直方向的最低位置，此时带外齿扑翼紧贴固定板，由于齿轮继续转动，在齿轮的带动下，带外齿扑翼紧贴固定板上行，当带外齿扑翼上行到竖直方向的最高位置时又回到了假设的起始位置，随后进入下一个工作周期。如此连续重复上述过程，该装置能产生很大的升力，效率极高，但结构简单，安全可靠。

附图说明

图1：外齿啮合扑翼升力生成装置结构示意主视图；

图2：外齿啮合扑翼升力生成装置的带外齿扑翼扑至水平位置时的从上往下看的结构示意图；

图3：图1中齿轮及附近区域的局部放大图；

图4：外齿啮合扑翼升力生成装置的镶有减摩滚珠或减摩滚针的定位棒断面示意图；

图5：外齿啮合扑翼升力生成装置的由套装有减摩套筒的套筒轴环形阵列组成的定位棒的断面示意图。

其中，图1中右边大的带箭头的虚线半圆弧表示带外齿扑翼下扑时离定位棒最远点的运动轨迹，图1中左边的箭头表示齿轮的转动方向；由于定位棒另有两种结构形式，图4中最大的圆表示镶有减摩滚珠或减摩滚针的定位棒的最大外径圆，图5中最大的圆表示由套装有减摩套筒的套筒轴环形阵列组成的定位棒的最大外径圆。

具体实施方式

下面给出本发明的实施方式实例，并结合附图1～5加以说明。

如图所示，外齿啮合扑翼升力生成装置包括主轴1、齿轮2、带外齿扑翼3、定位棒4、前端板5、后端板6和固定板7；带外齿扑翼3可看作由四块厚度相等的等宽刚性板光滑连接而成，其中两块为矩形平板，它们互相平行，另两块为半圆弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；带外齿扑翼3的外表面中部周围带有能与齿轮2啮合的直齿；齿轮2安装在主轴1上，主轴1通过轴承与扑翼飞行器机身相连，主轴1与扑翼飞行器前进方向一致，且与固定板7平面平行；定位棒4为表面光滑的刚性圆柱体，它的最大外径与带外齿扑翼3的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好保证紧密滑动间隙配合，定位棒4穿过带外齿扑翼3固定安装在前端板5和后端板6之间，使带外齿扑翼3的一侧外表面贴住固定板7，定位棒4与主轴1平行，且定位棒4的中心线处于过主轴1轴线的水平面内，固定板7上下对称于该水平面；前端板5和后端板6固定在固定板7的一侧，固定板7中心区域开有方孔，以便固定板7另一侧的齿轮2通过此方孔与带外齿扑翼3表面的直齿啮合，固定板7是刚性的，它与扑翼飞行器机身固连，竖直布置，固定板7也可以是机身的一部分，固定板7贴近带外齿扑翼3的一侧是平面的，其高度大于带外齿扑翼3翼展(即带外齿扑翼3的长度)的两倍，其宽度大于带外齿扑翼3的弦长(即带外齿扑翼3的宽度)，为方便带外齿扑翼3紧贴固定板7滑动，该侧在带外齿扑翼3的直齿经过的位置开有凹槽，槽深大于齿高。

为减小带外齿扑翼3紧贴固定板7滑动时的摩擦，可以在固定板7的适当位置均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。固定板7有以下四个方面作用：第一，用来限制带外齿扑翼3向左侧转动；第二，用作带外齿扑翼3上升运行导向；第三，同带外齿扑翼3配合产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果；第四，用来固定前端板5和后端板6。

为减小带外齿扑翼3内表面与定位棒4之间的摩擦，定位棒4还可以有另两种结构形式：可由一根棒和均匀对称镶在该棒的外表面的减摩滚珠41或减摩滚针组成，如果采用减摩滚针的话，它们与定位棒平行，减摩滚珠41或减摩滚针的数量为8的整数倍，并确保此结构形式的定位棒4包括减摩滚珠41或减摩滚针在内的最大外径和带外齿扑翼3的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个减摩滚珠41或减摩滚针的中心和定位棒4的中心线处于过主轴1轴线的水平面内，定位棒4与主轴1平行；定位棒4也可以由多个套筒轴42和套装在其上的减摩套筒43组成，套筒轴42为8根，也可以为12根或16根，每根套筒轴42上都套装一个减摩套筒43，套筒轴42环形阵列，它们固定在前端板5和后端板6之间，相邻减摩套筒43之间均留有空隙，以免相互之间卡住，应确保环形阵列结构形式的定位棒4包括减摩套筒43在内的最大外径和带外齿扑翼3的两平行矩形平板之间的内表面间距刚好紧密滑动间隙配合，且有两个套筒轴42的中心线和环形阵列的中心线处于过主轴1轴线的同一水平面内，所有的套筒轴42都与主轴1平行。

前端板5和后端板6大小相等，它们的高度和宽度都稍大于带外齿扑翼3的总体厚度，前端板5和后端板6除用来固定定位棒4外，还有一个作用是挡住带外齿扑翼3，限制带外齿扑翼3在前后方向移动，前端板5和后端板6的内侧是光滑的平面，它们的内侧间距以稍大于带外齿扑翼3的弦长为宜。

本发明装置的工作原理：在动力的驱动下，主轴1带动齿轮2做逆时针方向转动，由于齿轮2与带外齿扑翼3的直齿啮合，假设起始位置是带外齿扑翼3处于竖直方向的最高位置，在齿轮2的带动下，带外齿扑翼3绕定位棒4作顺时针方向转动，在带外齿扑翼3自竖直方向的最高位置转至水平位置的过程中，带外齿扑翼3与固定板7上半部分之间的空间逐渐变宽，形成低压区，将空气吸入，从而产生向上的升力；在带外齿扑翼3运行至水平位置后继续转动至竖直方向的最低位置的过程中，带外齿扑翼3与固定板7下半部分之间的空间逐渐变窄，两者之间的空气往下挤出，亦产生向上的升力。在固定板7和带外齿扑翼3的共同作用下，它们之间产生类似昆虫的“相扑与急张”的运动效果，该装置产生升力的效果明显，效率极高。当带外齿扑翼3转到竖直方向的最低位置，此时带外齿扑翼3紧贴固定板7，由于齿轮2继续转动，在齿轮2的带动下，带外齿扑翼3紧贴固定板7上行，当带外齿扑翼3上行到竖直方向的最高位置时又回到了假设的起始位置，随后进入下一个工作周期。如此连续重复上述过程，该装置能产生很大的升力，效率极高，但结构简单，安全可靠。

下面举例简单说明该外齿啮合扑翼升力生成装置使用在扑翼飞行器上的情形：

例1、使用两个相同的本发明装置，从扑翼飞行器正后方往前看，两装置左右对称排列于机身的两侧，两装置的主轴靠内，带外齿扑翼靠外，两装置的主轴都与扑翼飞行器前进方向一致，且两主轴处于同一水平面内，两装置的固定板与机身纵向对称面平行，机身右边装置的带外齿扑翼在动力的驱动下做顺时针下扑，机身左边装置的带外齿扑翼在动力的驱动下做逆时针下扑，两装置均产生向上的升力。两装置可以同步联动驱动，也可以独立驱动，机动性能良好。将两装置的带外齿扑翼固定在接近水平位置时，扑翼飞行器可进行滑翔飞行，安全性能良好。

例2、使用两组本发明装置，每组为三个结构相同的该发明装置前、中、后直线排列，每组中：前面装置和后面装置完全相同，中间装置除带外齿扑翼的宽度即弦长为前面装置的一半外其它尺寸均与前面装置相同，三装置的主轴轴线处在同一直线上，三装置的带外齿扑翼靠同一边布置，前后装置相位相同，中间装置与前后装置相位相差90°，即当中间装置的带外齿扑翼处于水平位置时，前后装置的带外齿扑翼刚好处于竖直方向的最高位置。从扑翼飞行器正后方往前看，两组装置左右对称排列于机身的两侧，它们的主轴都靠内，带外齿扑翼都靠外，两组装置的主轴都与扑翼飞行器前进方向一致，且所有主轴处于同一水平面内，两组装置的固定板均与机身纵向对称面平行，机身右边装置的带外齿扑翼在动力的驱动下做顺时针下扑，机身左边装置的带外齿扑翼在动力的驱动下做逆时针下扑。将两组中的前后装置的带外齿扑翼固定在接近水平位置时，扑翼飞行器可进行滑翔飞行，安全性能良好。

Claims (6)

1.外齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它包括主轴(1)、齿轮(2)、带外齿扑翼(3)、定位棒(4)、前端板(5)、后端板(6)和固定板(7)；带外齿扑翼(3)可看作由四块厚度相等的等宽刚性板光滑连接而成，其中两块为矩形平板，它们互相平行，另两块为半圆弧形曲面板，它们对称固连在两块平行矩形平板的两端；带外齿扑翼(3)的外表面中部周围带有能与齿轮(2)啮合的直齿，齿轮(2)安装在主轴(1)上，主轴(1)与固定板(7)平行；定位棒(4)为表面光滑的刚性圆柱体，它穿过带外齿扑翼(3)固定安装在前端板(5)和后端板(6)之间，使带外齿扑翼(3)的一侧外表面贴住固定板(7)，定位棒(4)与主轴(1)平行，过定位棒(4)和主轴(1)的平面与固定板(7)垂直，固定板(7)上下对称于该平面；前端板(5)和后端板(6)固定在固定板(7)的一侧，固定板(7)是刚性的，竖直布置，它的中心区域开有方孔，以便固定板(7)另一侧的齿轮(2)通过此方孔与带外齿扑翼(3)表面的直齿啮合，固定板(7)的高度大于带外齿扑翼(7)长度的两倍，宽度大于带外齿扑翼(3)的宽度，为方便带外齿扑翼(3)紧贴固定板(7)滑动，该侧在带外齿扑翼(3)的直齿经过的位置开有凹槽，槽深大于齿高。

2.根据权利要求1所述的外齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的固定板(7)贴近带外齿扑翼(3)的一侧可以均匀镶上数个用以减小摩擦的滚珠或滚针。

3.根据权利要求1所述的外齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的定位棒(4)还可由一根棒和均匀对称镶在该棒的外表面的用来减小带外齿扑翼(3)内表面与定位棒(4)之间的摩擦的减摩滚珠(41)或减摩滚针组成。

4.根据权利要求1所述的外齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的定位棒(4)还可以由多个平行且环形阵列的套筒轴(42)和套装在其上的减摩套筒(43)组成。

5.根据权利要求1所述的外齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的前端板(5)和后端板(6)大小相等，它们的高度和宽度都稍大于带外齿扑翼(3)的总体厚度，前端板(5)和后端板(6)的内侧是光滑的平面，它们的内侧间距以稍大于带外齿扑翼(3)的弦长为宜。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的外齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：可以在同一飞行器上使用两个或6个该装置，它们成对地对称排列于机身的左右两侧，它们的主轴(1)通过轴承与扑翼飞行器机身相连，主轴(1)与扑翼飞行器前进方向一致，它门的固定板(7)与飞行器的纵向对称面平行且成对地对称固连在机身的左右两侧。

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