CN102649477B - 扑翼飞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扑翼飞机，包括机身、扑翼系统、动力系统及操纵系统，扑翼系统的基座与机身连接，扑翼自翼根向机身左右两侧延伸至翼梢地成对设置。从扑翼的主翼面上方俯视，扑翼由纵横排列的多个单元块构成，每一单元块与相邻单元块都通过可在垂直于主翼面方向转动的翼铰连接，翼铰可在上止点与下止点之间转动。动力系统的执行件铰接在靠近基座的一个单元块上，每一翼铰上装有迫使其处于上止点位置的弹性件。具有结构简单、飞行机动性好的优点。

Description

扑翼飞机

技术领域

本发明涉及扑翼飞机，具体地说，主要涉及改进了机翼结构及扑翼可相对机身转动的扑翼飞机。

背景技术

传统飞机的飞行是根据机翼在翼型剖面的上下形状差异，靠飞机动力系统为飞机带来的速度在机翼的上下表面产生压力差而产生升力，以带动传统飞机克服地心引力来上升的。而扑翼飞机是依靠模拟鸟类“翼”的煽动，在“翼”的下表面瞬间产生正压力，而“翼”的上表面同一瞬间产生负压力而产生升力，以带动载荷克服地心引力来上升的。飞行器的“翼”可煽动可静止。“翼”处于煽动过程中，扑翼飞机等同于雁、鹰、鸽、雀等飞禽类在飞翔时的状态；“翼”处于伸展的静止状态时，扑翼飞机等同于雁、鹰、鸽、雀等飞禽类的滑翔状态，也等同于滑翔机的飞行状态。

公开号为CN1288426A的中国发明专利申请公开了一种扑翼飞机,包括机舱、机翼、尾翼、起落架、动力系统、传动系统、操纵系统。所述的机翼包括一对上直翼及一对扑翼设在机舱的上方,所述的上直翼与扑翼通过扑翼支撑框架与机舱相连,所述的上直翼设在扑翼支撑框架的顶部,而所述的一对扑翼在所述的扑翼支撑框架的两侧向外延伸,所述的扑翼由主中梁端部的凹形球关节与支撑框架上传动装置上的凸形球关节相连接构成球关节,在传动系统的作用下成弧形上下扑动。

然而，该扑翼飞机的扑翼结构复杂，扑翼的操纵系统也较复杂。

一个不可否认的事实是，在飞行姿态的调整和飞行的机动性上，鸟类远优于人类目前制造的各种飞行器，因此，在提高飞行姿态调整的操控性和飞行机动性方面，也是本发明的目的之一。

发明内容

本发明的主要目的是提供扑翼结构相对简单、更接近于鸟类飞行的扑翼飞机；

本发明的另一目的是提供飞行姿态操纵系统简单的扑翼飞机。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的扑翼飞机包括机身、扑翼系统、动力系统及操纵系统，扑翼系统的基座与机身连接，扑翼自翼根向机身左右两侧延伸至翼梢地成对设置。从扑翼的主翼面上方俯视，扑翼由纵横排列的多个单元块构成，每一单元块与相邻单元块之间都通过可在垂直于主翼面的方向转动的翼铰连接，翼铰可在上止点与下止点之间转动，每一翼铰都位于下止点位置的状态时，扑翼的主翼面在翼展方向上向下卷曲并有着在水平面上最小的投影面积，在垂直于翼展方向的翼剖面上，扑翼处于向下卷曲的最大状态。动力系统的执行件铰接在基座上，且输出端铰接在靠近翼根的一个单元块上，每一翼铰上装有迫使其处于上止点位置的弹性件。

由该方案可见，由于将扑翼在主翼面上设计成由多个纵横排列的单元块，且每一单元块与相邻单元块间通过仅可在上止点与下止点之间转动的翼铰连接，动力系统的输出端带动靠近翼根的一个单元块扑动时，运动将依次向相邻单元块传递至翼梢，形成整个扑翼的仿鸟翼扑动，弹性件的设置使得扑翼在扑动过程中能尽快恢复到展开状态。且结构较现有技术简单。

进一步的方案是在翼展方向上，近翼根处的弹性件的恢复力大于远翼根处的弹性件的恢复力。在同一翼型剖面上，近翼中间单元块处的弹性件的恢复力大于远翼中间单元块处弹性件的恢复力。使得扑翼回复到展开状态的过程更类似于鸟类。

更进一步的方案是基座通过相互垂直的第一铰和第二铰与机身连接，第一铰使得扑翼系统可以相对机身的纵向左右转动，第二铰使得扑翼系统可以相对机身的横向左右转动。显然，这与单独依靠垂直尾翼与水平尾翼来控制扑翼飞机的左右转弯和俯仰相比，本方案的机动性更佳。

还有，如果在动力系统的两端并联有平衡储能弹簧，还可以相对降低动力系统的能源消耗。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的另一扑翼飞机包括机身、扑翼系统、动力系统及操纵系统。扑翼系统的基座与机身连接，扑翼自翼根向机身左右两侧延伸至翼梢地成对设置。从扑翼的主翼面上方俯视，扑翼由纵横排列的多个单元块构成，每一单元块与相邻单元块之间都通过可在垂直于主翼面的方向的翼铰连接，每一翼铰都位于下止点位置的状态时，扑翼的主翼面在翼展方向上向下卷曲并有着在水平面上最小的投影面积，在垂直于翼展方向的翼剖面上，扑翼处于向下卷曲的最大状态，动力系统的执行件铰接在基座上，且输出端铰接在靠近基座的一个单元块上；每一翼铰上装有驱动翼铰转动的助力缸。

由该方案可见，采用助力缸来驱动单元块动作，还具有功率大、运行可靠的额外优点，特别适用于中、大型的扑翼飞机。

进一步的方案是各助力缸发力的时序及行程由操纵系统中的控制电路控制。在翼展方向上，近翼根处的助力缸发出的力大于远翼根处的助力缸发出的力。在同一翼型剖面上，近翼中间单元块处的助力缸发出的力大于远翼中间单元块处助力缸发出的力。这也同样可以使得扑翼回复到展开状态的过程更接近于鸟类。

更进一步的方案是扑翼系统的基座通过相互垂直的第一铰和第二铰与机身连接，第一铰使得扑翼可以相对机身的纵向左右转动，第二铰使得扑翼可以相对机身的横向左右转动。显然，这与单独依靠垂直尾翼与水平尾翼来控制扑翼飞机的左右转弯和俯仰相比，本方案的机动性更佳。

还有，如果在动力系统的两端并联有平衡储能弹簧，还可以相对降低动力系统的能源消耗。

附图说明

图1是本发明扑翼飞机自首向尾视的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明扑翼飞机的扑翼动作在翼展方向上的示意图；

图4是本发明扑翼飞机的扑翼在翼剖面方向上处于展开状态的示意图；

图5是本发明扑翼飞机的扑翼在翼剖面方向上处于卷曲状态的示意图；

图6是第一种翼铰处于上止点位置的结构示意图；

图7是第一种翼铰处于下止点位置的结构示意图；

图8是第二种翼铰的结构示意图；

图9是第一铰与第二铰的结构示意图；

图10是本发明扑翼飞机在第一铰动作时作右转时的示意图；

图11是本发明扑翼飞机在第二铰动作时作俯冲的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例图对本发明作进一步说明。

第一实施例

参见图1、图2，在本实例中，一对扑翼2的翼根23通过扑翼系统的基座6连接在机身1上，并向机身1左右两侧延伸至翼梢24。可以理解的是，根据不同的设计要求，扑翼2也可以有两对以上。动力系统及操纵系统设置在机身1内，在图2中可见扑翼2的主翼面的平面投影，扑翼由纵横排列的多个单元块22组成，每一个单元块22与相邻的单元块22之间由翼铰21连接，每一翼铰21都可在上止点与下止点之间转动，使得翼铰21可在垂直于主翼面的方向转动。本实例中动力系统的执行件为一对可同时动作的液压缸3，液压缸3的基座铰接在基座6上，缸头则铰接在靠近基座6的一个单元块22上；液压缸3属于扑翼系统之一部分，通过柔性管路与机身内的动力系统连接。图1、2所示的状态中，扑翼2处于最大展开状态，在此状态下，每一翼铰21都位于上止点位置，并且并联在液压缸3上的平衡储能弹簧4的势能最大。显然，液压缸3也可以采用气压缸，也就是说，动力系统的设计可以在液压系统和气动系统中选择。

参见图3，当扑翼2下扑到最低点后开始向上复位、每一翼铰都位于下止点位置的状态时，扑翼2’的主翼面有着在水平面上最小的投影面积。换言之，扑翼2在翼展方向上达到向下卷曲的最大状态，此时平衡储能弹簧4的势能最小。

参见图4，在垂直于翼展方向的翼剖面上，自翼中间单元块25分别至翼首端26、翼尾端27也分别划分出多个由翼铰21连接的单元块22，图4中扑翼处于最大展开状态，也就是各翼铰21都处于上止点的位置。

参见图5，同样是在垂直于翼展方向的翼剖面上，图5示出了扑翼处于向下卷曲的最大状态，也就是各翼铰21都处于下止点的位置。

参见图6，图6显示了一个翼铰的结构，其第一端211固定在一个单元块上，第二端212则固定在相邻的另一个单元块上，并通过铰轴213连接，如此，使得两单元块可发生相对转动，图6中翼铰处于上止点位置。作为弹性件的扭簧214的设置是为了使翼铰恢复到上止点位置时的助力，因此，此状态下扭簧214的势能最小。

参见图7，翼铰处于图7示的下止点位置时，扭簧214的势能最大。结合图1，靠近翼根处的扭簧214的势能（恢复力）大于远离翼根处扭簧214的势能（恢复力）。结合图4，靠近翼中间单元块处的扭簧214的势能（恢复力）大于远离翼中间单元块处扭簧的势能（恢复力），各扭簧214恢复力的大小可以按扭簧所处的具体位置，其所连接的单元块的重量，制造扭簧的材料特性等因素进行设计。

参见图9，图9示出了机身1与扑翼2的连接关系，第一轴51可相对铰座5转动，构成第一铰；第二轴52可相对铰座5转动，构成第二铰，第一轴51与第二轴52相互垂直，且第一轴51与机身1固定连接，第二轴52与扑翼系统基座6连接，扑翼2连接在扑翼系统基座6上。

结合图10，当第一轴51转动时，从机身1的纵向看，扑翼2相对机身1的纵向左或右转，可使飞行中的扑翼飞机转弯，这比单独依靠垂直尾翼的动作来实现转弯的机动性更好。

结合图11，当第二轴52转动时，从机身1的横向看，扑翼2相对机身1的横向左或右转，可使飞行中的扑翼飞机俯冲或拉升，这比单独依靠水平尾翼的动作来实现俯冲或拉升的机动性更好。

第二实施例

在以下对本实施例的说明中，仅对本实施例与第一实施例的区别处加以说明，参见图8，在翼铰上采用了助力缸215，该方案尤其适用于中、大型的扑翼飞机。上、下止点位置分别为助力缸215处于最大行程的两端点。每一助力缸215发出力的大小可以按每一助力缸215所处的具体位置、其所连接的单元块的重量、助力缸的缸径等因素进行设计。助力缸215在翼主面上的布置规律是在翼展方向上，靠近翼根处的助力缸发出的力大于远离翼根处的助力缸发出的力；在同一翼型剖面上，靠近翼中间单元块处的助力缸发出的力大于远离翼中间单元块处助力缸发出的力。助力缸在翼主面上的动作规律是在翼展方向上，靠近翼根处的助力缸发力先于远离翼根处的助力缸发力；在同一翼型剖面上，靠近翼中间单元块处的助力缸发力先于远离翼中间单元块处助力缸发力。如此，整个翼主面的扑复动作更逼近于鸟类。

Claims (9)

1.扑翼飞机，包括机身、扑翼系统、动力系统及操纵系统；

所述扑翼系统的基座与所述机身连接，扑翼自翼根向所述机身左右两侧延伸至翼梢地成对设置；

其特征在于：

从所述扑翼的主翼面上方俯视，所述扑翼由纵横排列的多个单元块构成，每一单元块与相邻单元块之间都通过可在垂直于所述主翼面方向转动的翼铰连接，所述翼铰可在上止点与下止点之间转动；

每一翼铰都位于下止点位置的状态时，所述扑翼的主翼面在翼展方向上向下卷曲并有着在水平面上最小的投影面积，在垂直于翼展方向的翼剖面上，所述扑翼处于向下卷曲的最大状态；

所述动力系统的执行件铰接在所述基座上，且输出端铰接在靠近所述基座的一个单元块上；

每一所述翼铰上装有迫使其处于上止点位置的弹性件。

2.根据权利要求1所述的扑翼飞机，其特征在于：

在翼展方向上，近所述翼根处的弹性件的恢复力大于远所述翼根处的弹性件的恢复力；

在同一翼型剖面上，近翼中间单元块处的弹性件的恢复力大于远所述翼中间单元块处弹性件的恢复力。

3.根据权利要求1或2所述的扑翼飞机，其特征在于：

所述基座通过相互垂直的第一铰和第二铰与所述机身连接，所述第一铰使得所述扑翼系统可以相对所述机身的纵向左右转动，所述第二铰使得所述扑翼系统可以相对所述机身的横向左右转动。

4.根据权利要求3所述的扑翼飞机，其特征在于：

所述动力系统的两端并联有平衡储能弹簧。

5.扑翼飞机，包括机身、扑翼系统、动力系统及操纵系统；

所述扑翼系统的基座与所述机身连接，扑翼自翼根向所述机身左右两侧延伸至翼梢地成对设置；

其特征在于：

从所述扑翼的主翼面上方俯视，所述扑翼由纵横排列的多个单元块构成，每一单元块与相邻单元块之间都通过可在垂直于所述主翼面方向转动的翼铰连接；

每一翼铰都位于下止点位置的状态时，所述扑翼的主翼面在翼展方向上向下卷曲并有着在水平面上最小的投影面积，在垂直于翼展方向的翼剖面上，所述扑翼处于向下卷曲的最大状态；

所述动力系统的执行件铰接在所述基座上，且输出端铰接在靠近所述基座的一个单元块上；

每一所述翼铰上装有驱动所述翼铰转动的助力缸。

6.根据权利要求5所述的扑翼飞机，其特征在于：

在翼展方向上，近所述翼根处的助力缸发出的力大于远所述翼根处的助力缸发出的力；

在同一翼型剖面上，近翼中间单元块处的助力缸发出的力大于远所述翼中间单元块处助力缸发出的力。

7.根据权利要求6所述的扑翼飞机，其特征在于：

所述助力缸发力的时序及行程由所述操纵系统中的控制电路控制；

在翼展方向上，近所述翼根处的助力缸发力先于远所述翼根处的助力缸发力；

在同一翼型剖面上，近翼中间单元块处的助力缸发力先于远所述翼中间单元块处助力缸发力。

8.根据权利要求5至7任一项所述的扑翼飞机，其特征在于：

所述扑翼系统通过相互垂直的第一铰和第二铰与所述机身连接，所述第一铰使得所述扑翼可以相对所述机身的纵向左右转动，所述第二铰使得所述扑翼可以相对所述机身的横向左右转动。

9.根据权利要求8所述的扑翼飞机，其特征在于：

所述动力系统的两端并联有平衡储能弹簧。