CN102180264B - 内齿啮合扑翼升力生成装置 - Google Patents

Abstract

内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、前轴承、后轴承、齿轮、带内齿扑翼、前端板、后端板和固定板，安装有齿轮的主轴穿过带内齿扑翼安装在前端板和后端板的前轴承和后轴承上，齿轮与带内齿扑翼的直齿啮合。在动力的驱动下，齿轮带动带内齿扑翼下扑产生升力，由于固定板的限制，带内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

内齿啮合扑翼升力生成装置

技术领域

内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、前轴承、后轴承、齿轮、带内齿扑翼、前端板、后端板和固定板；带内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；带内齿扑翼的内表面中部四周带有能与齿轮啮合的直齿；齿轮固定安装在主轴上，主轴穿过带内齿扑翼通过前轴承和后轴承安装在前端板和后端板上，使带内齿扑翼的一侧外表面贴住固定板，主轴与扑翼飞行器前进方向一致，且与固定板平面平行；固定板上下对称于过主轴轴线的水平面；前端板和后端板固定在固定板的同一侧，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，固定板贴近带内齿扑翼的一侧是平面的，其高度大于带内齿扑翼翼展(即带内齿扑翼的长度)的两倍，其宽度大于带内齿扑翼的弦长(即带内齿扑翼的宽度)。

为减小带内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，用来限制带内齿扑翼向左侧转动；第二，用作带内齿扑翼上升运行导向；第三，同带内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。

齿轮包括齿在内的最大外径略小于带内齿扑翼内侧最小净空间距，以免带内齿扑翼在运动过程中卡住。

前端板和后端板大小相等，其高度和宽度都稍大于带内齿扑翼的总体厚度，它们除用来定位主轴外，还有一个作用是挡住带内齿扑翼，限制带内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内齿扑翼的弦长为宜。

在动力的驱动下，主轴带动齿轮做顺时针方向转动，由于齿轮与带内齿扑翼的直齿啮合，假设起始位置是带内齿扑翼处于竖直方向的最高位置，在齿轮的带动下，带内齿扑翼绕主轴作顺时针方向转动，拨动空气向下运动，产生向上的升力，再加上固定板与带内齿扑翼的共同作用，在固定板和带内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；当带内齿扑翼转到竖直方向的最低位置，此时带内齿扑翼紧贴固定板，由于齿轮继续转动，在齿轮的带动下，带内齿扑翼紧贴固定板上行，当带内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：内齿啮合扑翼升力生成装置结构示意图；

图2：图1中齿轮及附近区域的局部放大图；

图3：内齿啮合扑翼升力生成装置的带内齿扑翼扑至水平位置时的从上往下看的结构示意图。

其中，图1中大的带箭头的虚线半圆弧表示带内齿扑翼下扑时离齿轮最远点的运动轨迹，小的弧形箭头表示齿轮的转动方向。

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1～3加以说明。

如图所示，内齿啮合扑翼升力生成装置包括主轴1、前轴承2、后轴承3、齿轮4、带内齿扑翼5、前端板6、后端板7和固定板8；带内齿扑翼5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；带内齿扑翼5的内表面中部四周带有能与齿轮4啮合的直齿；齿轮4固定安装在主轴1上，主轴1穿过带内齿扑翼5通过前轴承2和后轴承3安装在前端板6和后端板7上，使带内齿扑翼5的一侧外表面贴住固定板8，主轴1与扑翼飞行器前进方向一致，且与固定板8平面平行；固定板8上下对称于过主轴1轴线的水平面；前端板6和后端板7固定在固定板8的同一侧，固定板8是刚性的，它与扑翼飞行器机身固连，竖直布置，固定板8也可以是机身的一部分，固定板8贴近带内齿扑翼5的一侧是平面的，其高度大于带内齿扑翼5翼展(即带内齿扑翼5的长度)的两倍，其宽度大于带内齿扑翼5的弦长(即带内齿扑翼5的宽度)。

为减小带内齿扑翼5紧贴固定板8滑动时的摩擦，可以在固定板8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8有以下四个方面作用：第一，用来限制带内齿扑翼5向左侧转动；第二，用作带内齿扑翼5上升运行导向；第三，同带内齿扑翼5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6和后端板7。

齿轮4包括齿在内的最大外径略小于带内齿扑翼5内侧最小净空间距，以免带内齿扑翼5在运动过程中卡住。

前端板6和后端板7大小相等，它们的高度和宽度都稍大于带内齿扑翼5的总体厚度，前端板6和后端板7除用来定位主轴1外，还有一个作用是挡住带内齿扑翼5，限制带内齿扑翼5在前后方向移动，前端板6和后端板7的内侧是光滑的平面，它们的内侧间距以稍大于带内齿扑翼5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4做顺时针方向转动，由于齿轮4与带内齿扑翼5的直齿啮合，假设起始位置是带内齿扑翼5处于竖直方向的最高位置，在齿轮4的带动下，带内齿扑翼5绕主轴1作顺时针方向转动，在带内齿扑翼5自竖直方向的最高位置转至水平位置的过程中，带内齿扑翼5与固定板8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；在带内齿扑翼5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，带内齿扑翼5与固定板8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8和带内齿扑翼5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。当带内齿扑翼5转到竖直方向的最低位置，此时带内齿扑翼5紧贴固定板8，由于齿轮4继续转动，在齿轮4的带动下，带内齿扑翼5紧贴固定板8上行，当带内齿扑翼5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内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，两装置的固定板紧贴机身安装，带内齿扑翼朝外，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，机身右边装置的带内齿扑翼在动力的驱动下做顺时针下扑，机身左边装置的带内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。将两装置的带内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，中间装置除带内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，三装置的带内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°，即当中间装置的带内齿扑翼处于水平位置时，前后装置的带内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，它们的固定板都靠内，带内齿扑翼都靠外，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，机身右边装置的带内齿扑翼在动力的驱动下做顺时针下扑，机身左边装置的带内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内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 (5)

1.内齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它包括主轴(1)、前轴承(2)、后轴承(3)、齿轮(4)、带内齿扑翼(5)、前端板(6)、后端板(7)和固定板(8)；带内齿扑翼(5)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；带内齿扑翼(5)的内表面中部四周带有能与齿轮(4)啮合的直齿；齿轮(4)固定安装在主轴(1)上，主轴(1)穿过带内齿扑翼(5)通过前轴承(2)和后轴承(3)安装在前端板(6)和后端板(7)上，使带内齿扑翼(5)的一侧外表面贴住固定板(8)，主轴(1)与扑翼飞行器前进方向一致，且与固定板(8)平面平行；固定板(8)上下对称于过主轴(1)轴线的水平面；前端板(6)和后端板(7)固定在固定板(8)的同一侧，固定板(8)是刚性的，它与扑翼飞行器机身固连，竖直布置，固定板(8)贴近带内齿扑翼(5)的一侧是平面的，其高度大于带内齿扑翼(5)的长度的两倍，其宽度大于带内齿扑翼(5)的宽度。

2.根据权利要求1所述的内齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的固定板(8)贴近带内齿扑翼(5)的一侧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所述的内齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的齿轮(4)包括齿在内的最大外径略小于带内齿扑翼(5)内侧最小净空间距。

4.根据权利要求1所述的内齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：它的前端板(6)和后端板(7)大小相等，它们的高度和宽度都稍大于带内齿扑翼(5)的总体厚度，前端板(6)和后端板(7)的内侧是光滑的平面，它们的内侧间距稍大于带内齿扑翼(5)的弦长。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的内齿啮合扑翼升力生成装置，其特征在于：在同一扑翼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)与扑翼飞行器前进方向一致，它们的固定板(8)与扑翼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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