CN103991542B - 一种旋转扑翼驱动飞机 - Google Patents

Abstract

一种旋转扑翼驱动飞机，属飞行器技术领域。它由机身、起落架、尾翼、左机翼、右机翼和操控系统组成。左机翼和右机翼结构完全相同，对称布置于机身的左右两侧；左机翼和右机翼的中部各开有一个相同的矩形孔，两孔内分别安装着相互对称的左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置，两装置由各自的发动机独立驱动为飞机提供推力。该飞机可短距离起降、垂直升降和悬停。

Description

一种旋转扑翼驱动飞机

技术领域

一种旋转扑翼驱动飞机，属飞行器技术领域，特别是涉及一种扑翼驱动飞机。

背景技术

传统的螺旋桨飞机效率较低、且较难实现短距离起降；传统的扑翼飞行器采用的升力装置是传统的扑翼机构，由曲轴连杆驱动，扑翼作上下扑动产生推力，效率较低，对扑翼的疲劳强度要求较高，扑翼采用柔性的，较难产生很大的推力，且很难垂直升降和空中悬停。

发明内容

为了克服上述传统飞行器的不足，本发明提供了一种旋转扑翼驱动飞机，扑翼作旋转运动驱动飞机飞行，驱动效率较高，方便实现短距离起降，发动机功率足够大时能垂直升降和悬停。

本发明采用的技术方案是：一种旋转扑翼驱动飞机由机身、起落架、尾翼、左机翼、右机翼和操控系统组成。左机翼和右机翼结构完全相同，对称布置于机身的左右两侧；左机翼中部开有一个矩形孔，该孔内安装着左旋转扑翼装置；右机翼中部也开有一个同样的矩形孔，该孔内安装着与左旋转扑翼装置结构相同且对称的右旋转扑翼装置。左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置由各自的发动机独立驱动为飞机提供推力。

左旋转扑翼装置由左发动机、左减速齿轮组、左近转臂轴、左近转臂、左翼轴、左扑翼片、左远转臂、左远转臂轴、左弹簧、左挂钩和左支撑杆组成；右旋转扑翼装置由右近转臂轴、右近转臂、右翼轴、右扑翼片、右远转臂、右远转臂轴、右弹簧、右挂钩和右支撑杆组成。

左旋转扑翼装置的具体结构是：左发动机和左减速齿轮组安装在左机翼上，左近转臂轴的一端靠轴承与左机翼相连且穿过轴承与左减速齿轮组相连，左近转臂的一端与左近转臂轴的另一端垂直固连，左近转臂的另一端与左翼轴的一端垂直固连，左翼轴穿过左扑翼片，左翼轴的另一端与左远转臂的一端垂直固连，左远转臂的另一端与左远臂轴的一端垂直固连，左远转臂轴的另一端通过轴承与左机翼相连；左近转臂与左远转臂等长，左近转臂轴与左远转臂轴同轴；左近转臂轴、左近转臂、左翼轴、左远转臂和左远转臂轴处于同一平面内组成一个长的曲轴；左翼轴通过轴承与左扑翼片相连于接近左扑翼片的前缘处，左翼轴与左扑翼片的前缘平行，左扑翼片能绕左翼轴灵活转动，但左扑翼片不能作轴向直线运动；左扑翼片呈矩形，是刚性的，由碳纤维复合材料制成；左弹簧的一端与左扑翼片固连于左扑翼片翼展方向的中部后缘处，左弹簧与左翼轴垂直，左弹簧的另一端与左挂钩相连，左挂钩与左支撑杆的顶端固连，左支撑杆通过其根部安装在左机翼的接近后缘处，左支撑杆垂直左机翼平面且与左翼轴垂直。

左支撑杆和右支撑杆的长度由操控系统单独调节，用以调整左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生推力的方向。不但可以通过左机翼和右机翼的副翼调整飞行姿态，还可以通过调节左支撑杆和右支撑杆的长度来调整飞行姿态。为减小风阻，左支撑杆和右支撑杆做成扁形。

左旋转扑翼装置的工作原理是：左发动机动力经左减速齿轮组减速后传递给左近转臂轴，左近转臂轴转动带动左近转臂旋转，左近转臂带动左翼轴旋转，在左翼轴的牵引下左扑翼片旋转扑动，由于左弹簧和左挂钩的作用，左扑翼片旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。为了较高的扑动效率和左扑翼片能灵活扑动，左挂钩到左近转臂轴和左远转臂轴的连线之间的距离稍大于左近转臂长度、左扑翼片的弦长与左弹簧的原始长度三者之和。在一个周期内，左扑翼片下扑产生的效果远大于上扑，产生推力的效率较高。推力的大小是通过改变左扑翼片的转速来实现，转速越快推力越大。

右旋转扑翼装置的具体结构与左旋转扑翼装置的具体结构相同，右旋转扑翼装置的工作原理与左旋转扑翼装置的工作原理也相同。

本发明的优点是：该发明一种旋转扑翼驱动飞机效率较高，方便实现短距离起降，发动机功率足够大时能垂直升降和悬停；由于左扑翼片和右扑翼片都作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。

附图说明

图1是本发明一种旋转扑翼驱动飞机的主视示意图；图2是图1中的左机翼的放大示意图；图3是图2的左视示意图。

图中：1-机身；2-尾翼；3-左机翼；31-左发动机；32-左减速齿轮组；33-左近转臂轴；34-左近转臂；35-左翼轴；36-左远转臂；37-左远转臂轴；38-左扑翼片；39-左弹簧；310-左挂钩；311-左支撑杆；4-右机翼；41-右发动机；42-右减速齿轮组；43-右近转臂轴；44-右近转臂；45-右翼轴；46-右远转臂；47-右远转臂轴；48-右扑翼片；49-右弹簧；410-右挂钩；411-右支撑杆。

具体实施方式

现结合附图1、附图2和附图3举例对本发明加以说明：一种旋转扑翼驱动飞机由机身1、起落架、尾翼2、左机翼3、右机翼4和操控系统组成。左机翼3和右机翼4结构完全相同，对称布置于机身1的左右两侧；左机翼3中部开有一个矩形孔，该孔内安装着左旋转扑翼装置；右机翼4中部也开有一个同样的矩形孔，该孔内安装着与左旋转扑翼装置结构相同且对称的右旋转扑翼装置。左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置由各自的发动机独立驱动为飞机提供推力。该飞机效率较高，方便实现短距离起降，发动机功率足够大时能垂直升降和悬停。

左旋转扑翼装置由左发动机31、左减速齿轮组32、左近转臂轴33、左近转臂34、左翼轴35、左扑翼片38、左远转臂36、左远转臂轴37、左弹簧39、左挂钩310和左支撑杆311组成；右旋转扑翼装置由右发动机41、右减速齿轮组42、右近转臂轴43、右近转臂44、右翼轴45、右扑翼片48、右远转臂46、右远转臂轴47、右弹簧49、右挂钩410和右支撑杆411组成。

左旋转扑翼装置的具体结构是：左发动机31和左减速齿轮组32安装在左机翼3上，左近转臂轴33的一端靠轴承与左机翼3相连且穿过轴承与左减速齿轮组32相连，左近转臂34的一端与左近转臂轴33的另一端垂直固连，左近转臂34的另一端与左翼轴35的一端垂直固连，左翼轴35穿过左扑翼片38，左翼轴35的另一端与左远转臂36的一端垂直固连，左远转臂36的另一端与左远臂轴37的一端垂直固连，左远转臂轴37的另一端通过轴承与左机翼3相连；左近转臂34与左远转臂36等长，左近转臂轴33与左远转臂轴37同轴；左近转臂轴33、左近转臂34、左翼轴35、左远转臂36和左远转臂轴37处于同一平面内组成一个长的曲轴；左翼轴35通过轴承与左扑翼片38相连于接近左扑翼片38的前缘处，左翼轴35与左扑翼片38的前缘平行，左扑翼片38能绕左翼轴35灵活转动，但左扑翼片38不能作轴向直线运动；左扑翼片38呈矩形，是刚性的，由碳纤维复合材料制成；左弹簧39的一端与左扑翼片38固连于左扑翼片38翼展方向的中部后缘处，左弹簧39与左翼轴35垂直，左弹簧39的另一端与左挂钩310相连，左挂钩310与左支撑杆311的顶端固连，左支撑杆311通过其根部安装在左机翼3的接近后缘处，左支撑杆311垂直左机翼3平面且与左翼轴35垂直。

左支撑杆311和右支撑杆411的长度由操控系统单独调节，用以调整左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生推力的方向。不但可以通过左机翼3和右机翼4的副翼调整飞行姿态，还可以通过调节左支撑杆311和右支撑杆411的长度来调整飞行姿态。

左扑翼片38和右扑翼片48是刚性的，均采用碳纤维复合材料制作，强度高重量轻。左扑翼片38和右扑翼片48均呈矩形。

起落架采用后三点式轮式结构。

左旋转扑翼装置的工作原理是：左发动机31动力经左减速齿轮组32减速后传递给左近转臂轴33，左近转臂轴33转动带动左近转臂34旋转，左近转臂34带动左翼轴35旋转，在左翼轴35的牵引下左扑翼片38旋转扑动，由于左弹簧39和左挂钩310的作用，左扑翼片38旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。为了较高的扑动效率和左扑翼片38能灵活扑动，左挂钩310到左近转臂轴33和左远转臂轴37的连线之间的距离稍大于左近转臂34长度、左扑翼片38的弦长与左弹簧39的原始长度三者之和。在一个周期内，左扑翼片38下扑产生的效果远大于上扑，产生推力的效率较高。推力的大小是通过改变左扑翼片38的转速来实现，转速越快推力越大。

右旋转扑翼装置的具体结构与左旋转扑翼装置的具体结构相同，右旋转扑翼装置的工作原理与左旋转扑翼装置的工作原理也相同。由于左扑翼片38和右扑翼片48都作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。

下面就该发明一种旋转扑翼驱动飞机的飞行状态对该发明作进一步说明。

短距离起飞：同时起动左发动机31和右发动机41，驱动左扑翼片38和右扑翼片48同速同向扑动，利用操控系统调节左支撑杆311和右支撑杆411的长度使左挂钩310和右挂钩410同高，使左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生的合力向正前方或向前方稍偏上方，当该合力足够大，该飞机向前滑行的速度够快时，调整好左机翼3和右机翼4的副翼，该旋转扑翼驱动飞机将像传统的固定翼飞机一样升空，但起飞距离将大大缩短。

巡航：像传统的固定翼飞机一样，只是本发明旋转扑翼驱动飞机采用的推力装置的效率较高，故巡航时间较长。

垂直动飞：同时起动左发动机31和右发动机41，驱动左扑翼片38和右扑翼片48同速同向扑动，利用操控系统调节左支撑杆和右支撑杆的长度使左挂钩和右挂钩同高，并使左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生的合力竖直向上，当该合力足够大，大于机体重量时，该旋转扑翼驱动飞机将垂直升空。

悬停：在空中飞行时，利用操控系统调节左支撑杆和右支撑杆的长度使左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生的合力竖直向上且等于机体重量时，消除飞行惯性后该旋转扑翼驱动飞机将处于悬停位置。

降落：调整左支撑杆和右支撑杆的长度能调整左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生推力的方向，只要将推力的方向调至前上方，则会产生垂直向上的分力，这样可以减短降落的距离。如果将左支撑杆和右支撑杆的长度调整到适当的位置，使左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生推力的合力垂直向上且合力的大小等于或稍大于机体的重量，缓慢调整至悬停位置后，慢慢同时降低左发动机和右发动机的转速，该飞行器将缓缓垂直降落。

以上说明是在没有气流干扰的工况下作出的，如果有气流干扰的存在，则应根据气流的方向和流速进行修偏。

Claims (4)

1.一种旋转扑翼驱动飞机，由机身（1）、起落架、尾翼（2）、左机翼（3）、右机翼（4）和操控系统组成，其特征在于：左机翼（3）和右机翼（4）结构完全相同，对称布置于机身（1）的左右两侧；左机翼（3）中部开有一个矩形孔，该孔内安装着左旋转扑翼装置；右机翼（4）中部也开有一个同样的矩形孔，该孔内安装着与左旋转扑翼装置结构相同且对称的右旋转扑翼装置；左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置由各自的发动机独立驱动为飞机提供推力；左旋转扑翼装置由左发动机（31）、左减速齿轮组（32）、左近转臂轴（33）、左近转臂（34）、左翼轴（35）、左扑翼片（38）、左远转臂（36）、左远转臂轴（37）、左弹簧（39）、左挂钩（310）和左支撑杆（311）组成；右旋转扑翼装置由右发动机（41）、右减速齿轮组（42）、右近转臂轴（43）、右近转臂（44）、右翼轴（45）、右扑翼片（48）、右远转臂（46）、右远转臂轴（47）、右弹簧（49）、右挂钩（410）和右支撑杆（411）组成；左发动机（31）和左减速齿轮组（32）安装在左机翼（3）上，左近转臂轴（33）的一端靠轴承与左机翼（3）相连且穿过轴承与左减速齿轮组（32）相连，左近转臂（34）的一端与左近转臂轴（33）的另一端垂直固连，左近转臂（34）的另一端与左翼轴（35）的一端垂直固连，左翼轴（35）穿过左扑翼片（38），左翼轴（35）的另一端与左远转臂（36）的一端垂直固连，左远转臂（36）的另一端与左远臂轴（37）的一端垂直固连，左远转臂轴（37）的另一端通过轴承与左机翼（3）相连；左近转臂（34）与左远转臂（36）等长，左近转臂轴（33）与左远转臂轴（37）同轴；左近转臂轴（33）、左近转臂（34）、左翼轴（35）、左远转臂（36）和左远转臂轴（37）处于同一平面内组成一个长的曲轴；左翼轴（35）通过轴承与左扑翼片（38）相连于接近左扑翼片（38）的前缘处，左翼轴（35）与左扑翼片（38）的前缘平行；左弹簧（39）的一端与左扑翼片（38）固连于左扑翼片（38）翼展方向的中部后缘处，左弹簧（39）与左翼轴（35）垂直，左弹簧（39）的另一端与左挂钩（310）相连，左挂钩（310）与左支撑杆（311）的顶端固连，左支撑杆（311）通过其根部安装在左机翼（3）的接近后缘处，左支撑杆（311）垂直左机翼（3）平面且与左翼轴（35）垂直。

2.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼驱动飞机，其特征在于：左支撑杆（311）和右支撑杆（411）的长度由操控系统单独调节，用以调整左旋转扑翼装置和右旋转扑翼装置产生推力的方向。

3.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼驱动飞机，其特征在于：左扑翼片（38）和右扑翼片（48）是刚性的，均采用碳纤维复合材料制作，均呈矩形。

4.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼驱动飞机，其特征在于：起落架采用后三点式轮式结构。