CN102862678A - 一种移动导框式往复翼升力生成装置 - Google Patents

Abstract

一种移动导框式往复翼升力生成装置，属飞行器及其模型技术领域，包括转盘、转盘轴、转盘柄、连杆滑块、移动导框、往复翼、内迎角定位杆和外迎角定位杆；移动导框由带槽连杆、前导杆、往复翼驱动轴和后导杆组成；往复翼驱动轴穿过往复翼的穿透孔安装在前导杆和后导杆上。动力驱动转盘转动，致使移动导框做往复平动，往复翼驱动轴带动往复翼做往复运动，产生向上的升力。该装置结构简单，操控方便，效率较高，可用于飞行器及其模型做升力装置。

Description

一种移动导框式往复翼升力生成装置

技术领域

一种移动导框式往复翼升力生成装置，涉及飞行器及其模型技术领域，可广泛应用于运输、军事、农林业、体育娱乐及玩具等领域。

背景技术

人类渴望驾驶一种结构简单、安全可靠且容易操纵的飞行器在空中自由飞翔。

传统的定翼飞机靠固定翼在与空气有相对速度的情况下产生升力，虽然操纵简单，但不能垂直起降、悬停和后飞，对起降场地要求高，需要较长且平整的跑道；传统的直升机虽然可以垂直起降，但前飞时主旋翼的桨叶一面旋转一面与机体一起前进，这两种运动的合成，使桨叶的相对气流速度在旋转平面中左右两侧不对称，要靠主旋翼挥舞运动来平衡，操纵和配平都比较困难，其结构复杂，运行机动性和安全性不高。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操纵方便且灵活安全的移动导框式往复翼升力生成装置。

本发明采用的技术方案是：包括转盘、转盘轴、转盘柄、连杆滑块、移动导框、往复翼、内迎角定位杆和外迎角定位杆，移动导框由带槽连杆、前导杆、往复翼驱动轴和后导杆组成；转盘轴通过转盘轴上轴承和转盘轴下轴承竖直安装在机身上，转盘与转盘轴垂直固连，转盘柄靠近转盘边缘垂直安装在转盘的上方，转盘轴在转盘中心位置的正下方；前内直线轴承和后内直线轴承安装在机身上靠近转盘的一边，前内直线轴承和后内直线轴承的连线与带槽连杆平行，前内直线轴承到转盘中心的距离和后内直线轴承到转盘中心的距离相等；前外直线轴承和后外直线轴承安装在机身上远离转盘的一边，前外直线轴承和后外直线轴承的连线也与带槽连杆平行，前外直线轴承和前内直线轴承的连线与带槽连杆垂直，后外直线轴承和后内直线轴承的连线也与带槽连杆垂直；前内直线轴承、前外直线轴承、后外直线轴承和后内直线轴承四者处于同一水平面内，它们的开孔方向都为左右方向；带槽连杆前后方向布置于靠近转盘的一边，前导杆穿过前外直线轴承和前内直线轴承，前导杆的左端与带槽连杆的前端固连，后导杆穿过后外直线轴承和后内直线轴承，后导杆的左端与带槽连杆的后端固连，前导杆和后导杆平行且均与带槽连杆垂直，前导杆和后导杆沿左右方向可灵活往复滑动；往复翼是刚性的，采用对称形的翼型，靠近往复翼的前缘处有一个沿翼展方向的穿透孔，该穿透孔尽可能靠近前缘，从翼型上看，该穿透孔是一个圆，该圆的圆心在翼弦上；往复翼驱动轴穿过往复翼的穿透孔，往复翼驱动轴相对带槽连杆而言布置于远离转盘的一边且与带槽连杆平行，往复翼驱动轴的前后两端分别安装在前导杆和后导杆上，往复翼驱动轴与前导杆垂直；往复翼的前缘在往复翼驱动轴的上方，往复翼的后缘在往复翼驱动轴的下方，往复翼可绕往复翼驱动轴灵活转摆，但往复翼不能在往复翼驱动轴的轴线方向移动；带槽连杆、前导杆、往复翼驱动轴和后导杆处于同一水平面内，该水平面高于转盘上表面，带槽连杆的槽口朝下，连杆滑块置于带槽连杆的光滑槽内，连杆滑块可在带槽连杆的槽内沿前后方向灵活往复滑动，连杆滑块与转盘柄相连，转盘柄在连杆滑块内可相对转动；内迎角定位杆和外迎角定位杆平行且分别对称地布置在往复翼驱动轴的左右两侧，内迎角定位杆的前后两端分别与前导杆和后导杆垂直连接，外迎角定位杆的前后两端分别与前导杆的右端和后导杆的右端连接，内迎角定位杆、外迎角定位杆和往复翼驱动轴处于同一水平面内，在内迎角定位杆和外迎角定位杆的限制下往复翼只能绕往复翼驱动轴转摆一定的角度。

为方便做圆周运动的转盘通过转盘柄和连杆滑块驱动移动导框做往复平动，带槽连杆的槽长大于转盘直径。

为确保较高的效率和较大的升力，并考虑结构尺寸及结构强度，往复翼的展弦比取值范围在3至12之间，当往复翼的展弦比为x时，转盘柄围绕转盘中心的旋转直径即往复翼的往复幅度与往复翼的弦长的比值简称幅弦比控制在3至(x+1)之间。

因内迎角定位杆和外迎角定位杆到往复翼驱动轴的距离决定往复翼左右往复运动时的最小迎角，为了得到较大的升力和较高的效率，选取往复翼升阻比接近最大而不失速时的迎角作为该最小迎角，由此来确定内迎角定位杆和外迎角定位杆到往复翼驱动轴的距离。当往复翼的翼型确定时，通过风洞试验或查阅现有资料文献可得到往复翼升阻比跟迎角的关系。

为减小连杆滑块绕转盘柄相对转动的摩擦，转盘柄与连杆滑块之间通过轴承相连。

为了减小往复翼围绕往复翼驱动轴往复转摆的摩擦，往复翼与往复翼驱动轴之间通过轴承相连。

在动力的驱动下转盘转动，转盘柄带动连杆滑块绕转盘中心做圆周运动，连杆滑块在移动导框的带槽连杆的槽内前后往复滑动，致使移动导框做左右往复平动，往复翼驱动轴带动往复翼做左右往复运动，往复运动过程中往复翼除受往复翼驱动轴的拉推作用外还受本身的重力、惯性和空气阻力等作用及外迎角定位杆和内迎角定位杆的限制。各种作用的综合效果如下，将一个往复运动周期分成两个过程，过程一：转盘柄从最右边转至最左边的过程，即往复翼驱动轴从最右端运行到最左端的过程，此过程往复翼驱动轴的速度从零加速到最大然后再减速到零，由于往复翼的穿透孔靠近前缘，且后缘在往复翼驱动轴的下方，当往复翼驱动轴向左平动的速度足够快时，往复翼的下部相对往复翼驱动轴往右转摆，受外迎角定位杆的限制，在该过程中除了往复翼驱动轴处于最右端和最左端及它们的附近之外，往复翼紧帖外迎角定位杆，往复翼相对左方来流保持正的迎角，往复翼产生向上的升力；过程二：转盘柄从最左边转至最右边的过程，即往复翼驱动轴从最左端运行到最右端的过程，此过程往复翼驱动轴的速度从零加速到最大然后减速到零，由于往复翼的穿透孔靠近前缘，且后缘在往复翼驱动轴的下方，当往复翼驱动轴向右平动的速度足够快时，往复翼的下部相对往复翼驱动轴往左转摆，受内迎角定位杆的限制，在该过程中除了往复翼驱动轴处于最左端和最右端及它们的附近之外，往复翼紧帖内迎角定位杆，往复翼相对右方来流保持正的迎角，往复翼也产生向上的升力。往复翼如此左右快速往复运动，该装置能产生较大的升力，升力的大小与转盘转速的二次方成增函数关系，此装置效率较高，结构简单，安全可靠。

附图说明

图1：一种移动导框式往复翼升力生成装置结构示意后视图；

图2：一种移动导框式往复翼升力生成装置结构示意俯视图；

图3：一种移动导框式往复翼升力生成装置的往复翼紧帖外迎角定位杆向左运动的后视示意图；

图4：一种移动导框式往复翼升力生成装置的往复翼紧帖内迎角定位杆向右运动的后视示意图。

其中，图1中左下方的带箭头的椭圆弧表示转盘轴11的转动方向，右边的两条带箭头的直线表示移动导框3的往复运动方向；图2中左边的带箭头的圆弧表示转盘1的转动方向，右边的两条带箭头的直线表示移动导框3的往复运动方向；图3中带箭头的直线表示移动导框3的运动方向；图4中带箭头的直线表示移动导框3的运动方向。

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1～4加以说明。

如图所示，本发明一种移动导框式往复翼升力生成装置包括转盘1、转盘轴11、转盘柄12、连杆滑块2、移动导框3、往复翼4、内迎角定位杆5和外迎角定位杆6，移动导框3由带槽连杆31、前导杆32、往复翼驱动轴33和后导杆34组成；转盘轴11通过转盘轴上轴承111和转盘轴下轴承112竖直安装在机身上，转盘1与转盘轴11垂直固连，转盘柄12靠近转盘1边缘垂直安装在转盘1的上方，转盘轴11在转盘1中心位置的正下方；前内直线轴承321和后内直线轴承341安装在机身上靠近转盘1的一边，前内直线轴承321和后内直线轴承341的连线与带槽连杆31平行，前内直线轴承321到转盘1中心的距离和后内直线轴承341到转盘1中心的距离相等；前外直线轴承322和后外直线轴承342安装在机身上远离转盘1的一边，前外直线轴承322和后外直线轴承342的连线也与带槽连杆31平行，前外直线轴承322和前内直线轴承321的连线与带槽连杆31垂直，后外直线轴承342和后内直线轴承341的连线也与带槽连杆31垂直；前内直线轴承321、前外直线轴承322、后外直线轴承342和后内直线轴承341四者处于同一水平面内，它们的开孔方向都为左右方向；带槽连杆31前后方向布置于靠近转盘1的一边，前导杆32穿过前外直线轴承322和前内直线轴承321，前导杆32的左端与带槽连杆31的前端固连，后导杆34穿过后外直线轴承342和后内直线轴承341，后导杆34的左端与带槽连杆31的后端固连，前导杆32和后导杆34平行且均与带槽连杆31垂直，前导杆32和后导杆34沿左右方向可灵活往复滑动；往复翼4是刚性的，采用对称形的翼型，靠近往复翼4的前缘处有一个沿翼展方向的穿透孔，该穿透孔尽可能靠近前缘，从翼型上看，该穿透孔是一个圆，该圆的圆心在翼弦上；往复翼驱动轴33穿过往复翼4的穿透孔，往复翼驱动轴33相对带槽连杆31而言布置于远离转盘1的一边且与带槽连杆31平行，往复翼驱动轴33的前后两端分别安装在前导杆32和后导杆34上，往复翼驱动轴33与前导杆32垂直；往复翼4的前缘在往复翼驱动轴33的上方，往复翼4的后缘在往复翼驱动轴33的下方，往复翼4可绕往复翼驱动轴33灵活转摆，但往复翼4不能在往复翼驱动轴33的轴线方向移动；带槽连杆31、前导杆32、往复翼驱动轴33和后导杆34处于同一水平面内，该水平面高于转盘1上表面，带槽连杆31的槽口朝下，连杆滑块2置于带槽连杆31的光滑槽内，连杆滑块2可在带槽连杆31的槽内沿前后方向灵活往复滑动，连杆滑块2与转盘柄12相连，转盘柄12在连杆滑块2内可相对转动；内迎角定位杆5和外迎角定位杆6平行且分别对称地布置在往复翼驱动轴33的左右两侧，内迎角定位杆5的前后两端分别与前导杆32和后导杆34垂直连接，外迎角定位杆6的前后两端分别与前导杆32的右端和后导杆34的右端连接，内迎角定位杆5、外迎角定位杆6和往复翼驱动轴33处于同一水平面内，在内迎角定位杆5和外迎角定位杆6的限制下往复翼4只能绕往复翼驱动轴33转摆一定的角度。

为方便做圆周运动的转盘1通过转盘柄12和连杆滑块2驱动移动导框3做往复平动，带槽连杆31的槽长大于转盘1直径。

往复翼4的展弦比取值范围在3至12之间，当往复翼4的展弦比为x时，转盘柄12围绕转盘1中心的旋转直径即往复翼4的往复幅度与往复翼4的弦长的比值简称幅弦比控制在3至(x+1)之间。例如：往复翼4的展弦比为3时，幅弦比取3至4之间；往复翼4的展弦比为8时，幅弦比取3至9之间；往复翼4的展弦比为12时，幅弦比取3至13之间。

因内迎角定位杆5和外迎角定位杆6到往复翼驱动轴33的距离决定往复翼4左右往复运动时的最小迎角，为了得到较大的升力和较高的效率，选取往复翼4升阻比接近最大而不失速时的迎角作为该最小迎角，由此来确定内迎角定位杆5和外迎角定位杆6到往复翼驱动轴33的距离。当往复翼4的翼型确定时，通过风洞试验或查阅现有资料文献可得到往复翼4升阻比跟迎角的关系。

为减小连杆滑块2绕转盘柄12相对转动的摩擦，转盘柄12与连杆滑块2之间通过轴承相连。

为了减小往复翼4围绕往复翼驱动轴33往复转摆的摩擦，往复翼4与往复翼驱动轴33之间通过轴承相连。

本发明一种移动导框式往复翼升力生成装置的工作原理是：在动力的驱动下转盘1转动，转盘柄12带动连杆滑块2绕转盘1中心做圆周运动，连杆滑块2在移动导框3的带槽连杆31的槽内前后往复滑动，致使移动导框3做左右往复平动，往复翼驱动轴33带动往复翼4做左右往复运动，往复运动过程中往复翼4除受往复翼驱动轴33的拉推作用外还受本身的重力、惯性和空气阻力等作用及外迎角定位杆6和内迎角定位杆5的限制。各种作用的综合效果如下，将一个往复运动周期分成两个过程，过程一：转盘柄12从最右边转至最左边的过程，即往复翼驱动轴33从最右端运行到最左端的过程，此过程往复翼驱动轴33的速度从零加速到最大然后再减速到零，由于往复翼4的穿透孔靠近前缘，且后缘在往复翼驱动轴33的下方，当往复翼驱动轴33向左平动的速度足够快时，往复翼4的下部相对往复翼驱动轴33往右转摆，受外迎角定位杆6的限制，在该过程中除了往复翼驱动轴33处于最右端和最左端及它们的附近之外，往复翼4紧帖外迎角定位杆6，往复翼4相对左方来流保持正的迎角，往复翼4产生向上的升力；过程二：转盘柄12从最左边转至最右边的过程，即往复翼驱动轴33从最左端运行到最右端的过程，此过程往复翼驱动轴33的速度从零加速到最大然后减速到零，由于往复翼4的穿透孔靠近前缘，且后缘在往复翼驱动轴33的下方，当往复翼驱动轴33向右平动的速度足够快时，往复翼4的下部相对往复翼驱动轴33往左转摆，受内迎角定位杆5的限制，在该过程中除了往复翼驱动轴33处于最左端和最右端及它们的附近之外，往复翼4紧帖内迎角定位杆5，往复翼4相对右方来流保持正的迎角，往复翼4也产生向上的升力。往复翼4如此左右快速往复运动，该装置能产生较大的升力，升力的大小与转盘1转速的二次方成增函数关系，此装置效率较高，结构简单，安全可靠。

下面举例简单说明该移动导框式往复翼升力生成装置的使用情形：

例1、使用两个结构相同的本发明装置，从往复翼飞行器正后方往正前方看，两个装置对称布置于往复翼飞行器的机身上部左右两侧，两装置的转盘靠内，往复翼靠外，两装置的转盘处于同一水平面内，两装置在动力的驱动下均产生向上的升力。两装置可以同步联动驱动，也可以独立驱动，机动性能良好。两装置联动可通过两装置的转盘外周边带齿相互啮合实现，此情况下，两装置同步对称运动，方便配平，机身右边装置的往复翼向左运动时，机身左边装置的往复翼向右运动；机身右边装置的往复翼向右运动时，机身左边装置的往复翼向左运动；为了操控往复翼飞行器横向滚转及侧移，在两装置的上方各安装一块可水平移动的升力调节板，控制对应的升力调节板的位置，从而改变遮档往复翼往复运动扫过的面积，导致改变对应装置的升力大小，以实现滚转及侧移；两块升力调节板断面都采用翼型形状，前缘朝前，后缘朝后；前进、后退和悬停飞行姿态时，两块升力调节板向内靠拢藏于机身的上方顶部内，不遮档往复翼往复运动扫过的面积；当往复翼飞行器需要向左侧移或逆时针滚转时，只要将左边的升力调节块移出，遮档往复翼往复运动扫过的部分或全部面积，此时在不降低转盘转速的情况下就能减少左侧装置产生的升力，导致右侧升力大于左侧升力从而实现向左侧移或逆时针滚转；当动力出故障时，将两升力调节板伸出并固定，往复翼飞行器可进行滑翔飞行，安全性能良好。由于往复翼安装在机身左右两侧，方便在往复翼飞行器顶部安装降落伞，提高了安全性，这是传统的直升机做不到的。

例2、使用四个结构相同的本发明装置矩阵排列于同一往复翼飞行器的四周，构成一个飞行平台，四个装置两两对称，四个装置的转盘均靠内接近往复翼飞行器的几何中心，它们的往复翼均靠外远离往复翼飞行器的几何中心，四个装置的转盘上表面处于同一水平面内，四个装置独立驱动，可以通过调节四个装置的往复频率来操纵该往复翼飞行器的飞行姿态，机动性能良好。

例3、本发明装置方便应用于飞行汽车上，将两个本发明装置对称布置于飞行汽车的顶部左右两边，两装置的转盘靠内置于飞行汽车顶部，两装置的往复翼靠外置于车窗上边。汽车模式时往复翼紧帖车身两侧，不占空间；飞行模式时，发动机的动力通过传动轴传递给转盘轴，两装置在动力的驱动下均产生足够的升力。

Claims (10)

1.一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：它包括转盘(1)、转盘轴(11)、转盘柄(12)、连杆滑块(2)、移动导框(3)、往复翼(4)、内迎角定位杆(5)和外迎角定位杆(6)，移动导框(3)由带槽连杆(31)、前导杆(32)、往复翼驱动轴(33)和后导杆(34)组成；转盘轴(11)通过转盘轴上轴承(111)和转盘轴下轴承(112)竖直安装在机身上，转盘(1)与转盘轴(11)垂直固连，转盘柄(12)靠近转盘(1)边缘垂直安装在转盘(1)的上方，转盘轴(11)在转盘(1)中心位置的正下方；前内直线轴承(321)和后内直线轴承(341)安装在机身上靠近转盘(1)的一边，前内直线轴承(321)和后内直线轴承(341)的连线与带槽连杆(31)平行，前内直线轴承(321)到转盘(1)中心的距离和后内直线轴承(341)到转盘(1)中心的距离相等；前外直线轴承(322)和后外直线轴承(342)安装在机身上远离转盘(1)的一边，前外直线轴承(322)和后外直线轴承(342)的连线也与带槽连杆(31)平行，前外直线轴承(322)和前内直线轴承(321)的连线与带槽连杆(31)垂直，后外直线轴承(342)和后内直线轴承(341)的连线也与带槽连杆(31)垂直；前内直线轴承(321)、前外直线轴承(322)、后外直线轴承(342)和后内直线轴承(341)四者处于同一水平面内，它们的开孔方向都为左右方向；带槽连杆(31)前后方向布置于靠近转盘(1)的一边，前导杆(32)穿过前外直线轴承(322)和前内直线轴承(321)，前导杆(32)的左端与带槽连杆(31)的前端固连，后导杆(34)穿过后外直线轴承(342)和后内直线轴承(341)，后导杆(34)的左端与带槽连杆(31)的后端固连，前导杆(32)和后导杆(34)平行且均与带槽连杆(31)垂直；往复翼(4)上靠近往复翼(4)的前缘处有一个沿翼展方向的穿透孔；往复翼驱动轴(33)穿过往复翼(4)的穿透孔，往复翼驱动轴(33)相对带槽连杆(31)而言布置于远离转盘(1)的一边且与带槽连杆(31)平行，往复翼驱动轴(33)的前后两端分别安装在前导杆(32)和后导杆(34)上，往复翼驱动轴(33)与前导杆(32)垂直；往复翼(4)的前缘在往复翼驱动轴(33)的上方，往复翼(4)的后缘在往复翼驱动轴(33)的下方；带槽连杆(31)、前导杆(32)、往复翼驱动轴(33)和后导杆(34)处于同一水平面内，该水平面高于转盘(1)上表面，带槽连杆(31)的槽口朝下，连杆滑块(2)置于带槽连杆(31)的光滑槽内，连杆滑块(2)与转盘柄(12)相连；内迎角定位杆(5)和外迎角定位杆(6)平行且分别对称地布置在往复翼驱动轴(33)的左右两侧，内迎角定位杆(5)的前后两端分别与前导杆(32)和后导杆(34)垂直连接，外迎角定位杆(6)的前后两端分别与前导杆(32)的右端和后导杆(34)的右端连接，内迎角定位杆(5)、外迎角定位杆(6)和往复翼驱动轴(33)处于同一水平面内。

2.根据权利要求1所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：它的带槽连杆(31)的槽长大于转盘(1)直径。

3.根据权利要求1所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：内迎角定位杆(5)和外迎角定位杆(6)到往复翼驱动轴(33)的距离确保往复翼(4)紧帖内迎角定位杆(5)或外迎角定位杆(6)时的迎角为往复翼(4)升阻比接近最大而不失速时的迎角。

4.根据权利要求1所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：它的转盘柄(12)与连杆滑块(2)之间通过轴承相连。

5.根据权利要求1所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：它的往复翼(4)与往复翼驱动轴(33)之间通过轴承相连。

6.根据权利要求1或3或5所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：它的往复翼(4)是刚性的，采用对称形的翼型；往复翼(4)的展弦比取值范围在3至12之间，当往复翼(4)的展弦比为x时，转盘柄(12)围绕转盘(1)中心的旋转直径与往复翼(4)的弦长的比值控制在3至x+1之间。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：在同一往复翼飞行器上使用两个该装置时，它们对称布置于往复翼飞行器的机身左右两侧，两装置的转盘(1)靠内，往复翼(4)靠外，两装置的转盘(1)上表面处于同一水平面内，两装置同步联动驱动或独立驱动；往复翼飞行器顶部安装降落伞。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：在同一往复翼飞行器上使用两个该装置同步联动时，两装置靠两装置的转盘(1)外周边带齿相互啮合来实现联动，两装置同步对称运动；为了操控往复翼飞行器横向滚转及侧移，在两装置的上方各安装一块升力调节板；两块升力调节板断面都采用翼型形状，前缘朝前，后缘朝后；通过控制升力调节块遮档往复翼(4)往复运动扫过的面积来改变相应的装置产生升力的大小从而改变往复翼飞行器的飞行姿态；当动力出故障时，将两升力调节板伸出并固定，往复翼飞行器可进行滑翔飞行。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：在同一往复翼飞行器上使用四个该装置时，它们矩阵排列于往复翼飞行器的四周，四个装置两两对称，四个装置的转盘(1)均靠内接近往复翼飞行器的几何中心，它们的往复翼(4)均靠外远离往复翼飞行器的几何中心，四个装置的转盘(1)上表面处于同一水平面内，四个装置独立驱动。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种移动导框式往复翼升力生成装置，其特征在于：在飞行汽车上使用两个本发明装置时，将两装置对称布置于飞行汽车的顶部左右两边，两装置的转盘(1)靠内置于飞行汽车顶部，两装置的往复翼(4)靠外置于车窗上边；汽车模式时往复翼(4)紧帖车身两侧，飞行模式时，发动机的动力通过传动轴传递给转盘轴(11)，两装置往复翼(4)做往复运动。

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