CN103991546B - 一种旋转扑翼推力生成装置 - Google Patents
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Abstract
一种旋转扑翼推力生成装置，属飞行器技术领域。它由主轴、转臂、扑翼、翼轴、导向杆和导向器组成；主轴、转臂和翼轴组成曲柄结构；导向杆一端与扑翼固连，另一端穿过导向器。在发动机的驱动下，翼轴牵引扑翼作圆周旋转，扑动空气产生推力，效率较高，且方便调整推力方向，用作飞行器的推力和升力装置。
Description
技术领域
一种旋转扑翼推力生成装置，属飞行器技术领域，尤其涉及一种扑翼飞行器用推力生成装置。
背景技术
传统的扑翼飞行器是靠曲轴连杆机构驱动扑翼，扑翼上下扑动而产生升力，其效率较低，不方便调整升力方向，且对扑翼材料的疲劳强度要求较高；现有的滚翼的翼片翼型多采用对称翼型，阻力大，升阻比小，效率较低。
发明内容
本发明的目的是克服传统飞行器的上述缺陷，发明一种效率较高的可旋转的类似滚翼的扑翼推力生成装置。
一种旋转扑翼推力生成装置，由主轴、转臂、扑翼、翼轴、导向杆和导向器组成。主轴的一端通过滚动轴承与扑翼飞行器机身相连，转臂的一端与主轴的另一端垂直固连，转臂的另一端与翼轴的一端垂直固连，翼轴、转臂和主轴处于同一平面内形成曲柄结构，翼轴的另一端通过轴承并穿过与扑翼前缘平行的接近前缘的孔与扑翼相连，扑翼能绕翼轴灵活转动，但翼轴不能作轴向直线运动；扑翼的靠近转臂的端面即扑翼的根部端面与扑翼的前缘垂直，导向杆的一端与扑翼固连于该端面弦线与后缘的交点处，导向杆在该端面弦线向后缘外的延长线上且与翼轴垂直，导向杆的另一端穿过导向器；导向器由直线轴承和关节轴承组合而成，直线轴承固定镶入关节轴承内，导向器靠其关节轴承的外壳与扑翼飞行器的机身相连；导向杆插入导向器的直线轴承内，导向杆能在直线轴承内灵活作往复直线运动，并随着直线轴承一起能绕导向器的关节轴承中心转摆；导向杆的长度应足够确保在整个运动过程中导向杆的一端始终在导向器内而不脱落；导向器接近翼轴的旋转圆周安装，但导向器到主轴之间的距离大于转臂长度与扑翼的最大弦长之和，以便扑翼顺利旋转。
转臂的形式有两种：第一种是一条扁平杆件；第二种是由圆杆和套装在其上的对称翼型桨叶组成，桨叶的攻角像传统直升机尾桨一样可以调节，能产生横向的空气动力，用以改变飞行器的方向。
为减小空气的阻力，提高升阻比，提高扑动效率，扑翼的翼型采用上凸下平型或上凸下凹型，这一点对于传统的滚翼即摆线桨和传统的半转机构扑翼来说是没有意义的。
该一种旋转扑翼推力生成装置的工作原理是：发动机的动力经减速后传递给主轴，主轴转动带动转臂旋转，转臂带动翼轴旋转，在翼轴的牵引下扑翼旋转扑动，由于导向杆和导向器的控制，扑翼旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内会发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。由于导向器接近翼轴的旋转圆周，在一个周期内，扑翼下扑产生的效果远大于上扑，产生升力的效率较高。改变转速会改变推力的大小，当转速不变时，通过改变导向器到主轴之间的距离也能改变推力的大小；推力的方向是通过改变导向器相对主轴的方位来实现的。由于扑翼作圆周转动，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推力生成装置的主视示意图；图2是图1的俯视图。
图中，1-主轴，2-转臂，3-扑翼，4-翼轴，5-导向杆，6-导向器，61-直线轴承，62-关节轴承；图1中：大的带箭头的虚线圆表示翼轴4的旋转轨迹和转动方向。
具体实施方式
现结合附图1和附图2举例对本发明加以说明：一种旋转扑翼推力生成装置，由主轴1、转臂2、扑翼3、翼轴4、导向杆5和导向器6组成。主轴1的一端通过滚动轴承与扑翼飞行器机身相连，转臂2的一端与主轴1的另一端垂直固连，转臂2的另一端与翼轴4的一端垂直固连，翼轴4、转臂2和主轴1处于同一平面内形成曲柄结构，翼轴4的另一端通过轴承并穿过与扑翼3前缘平行的接近前缘的孔与扑翼3相连，扑翼3能绕翼轴4灵活转动，但翼轴4不能作轴向直线运动；扑翼3的靠近转臂2的端面即扑翼3的根部端面与扑翼3的前缘垂直，导向杆5的一端与扑翼3固连于扑翼3根部端面弦线与扑翼3后缘的交点处，导向杆5在该端面弦线向后缘外的延长线上且与翼轴4垂直，导向杆5的另一端穿过导向器6；导向器6由直线轴承61和关节轴承62组合而成，直线轴承61固定镶入关节轴承62内，导向器6靠其关节轴承62的外壳与扑翼飞行器的机身相连；导向杆5插入导向器6的直线轴承61内，导向杆5能在直线轴承61内灵活作直线运动，并随着直线轴承61一起能绕导向器6的关节轴承62中心转摆；导向杆5的长度应足够确保在整个运动过程中导向杆5的一端始终在导向器6内而不脱落；导向器6接近翼轴4的旋转圆周安装，但导向器6到主轴1之间的距离大于转臂2长度与扑翼3的最大弦长之和，以便扑翼3顺利旋转。
转臂2的形式有两种：第一种是一条扁平杆件；第二种是由圆杆和套装在其上的对称翼型桨叶组成，桨叶的攻角像传统直升机尾桨一样可以调节，能产生横向的力，用以改变飞行器的方向。
发动机的动力经减速后传递给主轴1，主轴1转动带动转臂2旋转，转臂2带动翼轴4旋转，在翼轴4的牵引下扑翼3旋转扑动，由于导向杆5和导向器6的控制，扑翼3旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内会发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。扑翼3旋转一周时其攻角具体变化过程为：假设导向器高过主轴，且过导向器的水平面与翼轴4的旋转轨迹圆周即图1中的大的虚线圆相切，并假设扑翼3旋转的起始位置为扑翼3最靠近导向器6的位置，此时扑翼3的攻角为负90°，随着翼轴4的转动牵引，扑翼3向上运动，攻角的绝对值迅速减小到0°，此时导向杆5高过主轴1处于水平位置，而后翼轴4继续旋转，扑翼3下扑，扑翼3的攻角由0°较慢地变为90°，此时扑翼3远离导向器6，随着翼轴4的继续牵引，扑翼3的攻角由90°较慢地变为0°，此时导向杆5与翼轴4的旋转轨迹圆周相切于主轴1的下方，随着翼轴4的继续旋转，扑翼3的攻角由0°迅速变成负90°，此时回到起始位置，完成一个旋转周期。由于导向器5靠近翼轴4的旋转圆周，在一个周期内，扑翼3下扑产生的效果远大于上扑，产生升力的效率较高。改变转速会改变推力的大小，转速越快推力越大；当转速不变时，通过改变导向器6到主轴1之间的距离也可改变推力的大小，导向器6离主轴1越近推力越大；推力的方向是通过改变导向器6相对主轴1的方位来实现的，假如导向器6在主轴1的正后方，导向器6从与主轴1同高位置上移，则推力的方向会往前移。由于扑翼3作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。该装置结构简单，效率较高，且比较方便调整推力的方向。
该发明一种旋转扑翼推力生成装置使用在飞行器上作推力和升力装置。尤其适用于巡航速度较慢的飞行器。
Claims (5)
1.一种旋转扑翼推力生成装置，其特征在于：由主轴（1）、转臂（2）、扑翼（3）、翼轴（4）、导向杆（5）和导向器（6）组成；主轴（1）的一端通过滚动轴承与扑翼飞行器机身相连，转臂（2）的一端与主轴（1）的另一端垂直固连，转臂（2）的另一端与翼轴（4）的一端垂直固连，翼轴（4）、转臂（2）和主轴（1）处于同一平面内，翼轴（4）的另一端通过轴承并穿过与扑翼（3）前缘平行的接近前缘的孔与扑翼（3）相连；扑翼（3）的根部端面与前缘垂直，导向杆（5）的一端与扑翼（3）固连于扑翼（3）根部端面弦线与扑翼（3）后缘的交点处，导向杆（5）在该端面弦线向后缘外的延长线上且与翼轴（4）垂直，导向杆（5）的另一端穿过导向器（6）。
2.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼推力生成装置，其特征在于：导向器（6）由直线轴承（61）和关节轴承（62）组合而成。
3.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼推力生成装置，其特征在于：扑翼（3）的翼型采用上凸下平型或上凸下凹型。
4.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼推力生成装置，其特征在于：转臂（2）是一条扁平杆件。
5.根据权利要求1所述的一种旋转扑翼推力生成装置，其特征在于：转臂（2）是由圆杆和套装在其上的对称翼型桨叶组成。
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