发明内容
为了克服上述传统飞行器的不足,本发明提供了一种无人类扑翼飞行器,翼片作旋转扑动,能垂直升降和悬停。
本发明采用的技术方案是:一种无人类扑翼飞行器由机身、起落架、能源系统、操控系统、左旋转扑翼和右旋转扑翼组成。机身为框架结构,采用碳纤维复合材料;能源系统包括电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置;操控系统包括无线导航装置和舵机;左旋转扑翼和右旋转扑翼结构相同,它们关于过机体重心的铅垂线轴对称地分别布置于机身的左右两侧在电机的驱动下等速反转提供推力;机体的重心在左转臂轴与右转臂轴的连线的正下方。该飞行器可垂直升降和悬停。
左旋转扑翼由左转臂、左转臂轴、左翼轴、左翼片、左弹簧和左挂钩组成;右旋转扑翼由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右弹簧和右挂钩组成;左转臂轴和右转臂轴靠近且同轴安装,分别与减速齿轮组中的两个对向从动轮连接,由电机驱动主动轮再带动该两个对向从动轮反向同速转动,从而分别带动左转臂轴和右转臂轴等速反向转动,同时驱动左旋转扑翼和右旋转扑翼旋转扑动。
左旋转扑翼的具体结构是:左转臂轴的一端通过轴承与机身相连,左转臂的一端与左转臂轴的另一端垂直固连,左转臂的另一端与左翼轴的一端垂直固连,左翼轴的另一端通过轴承与左翼片相连;左转臂轴、左转臂和左翼轴处于同一平面内;左翼轴与左翼片相连于接近左翼片的前缘处,左翼轴与左翼片的前缘平行,左翼片能绕左翼轴灵活转动,但左翼轴不能相对左翼片作轴向直线运动;左翼片呈直角梯形,是刚性的,由碳纤维复合材料制成;左弹簧的一端与左翼片固连于左翼片根部端面的弦线与后缘相交处,左弹簧在该端面的弦线向后缘外的延长线上或附近并与左翼轴垂直,左弹簧的另一端与左挂钩相连;左挂钩安装在机身上,在操控系统的操纵下左挂钩能绕左转臂轴转摆一定角度;左挂钩靠近左翼轴的旋转圆周安装,但左挂钩与左转臂轴之间的距离大于左转臂长度、左翼片最大弦长和左弹簧原始长度三者之和,以确保左翼片顺利旋转。
左旋转扑翼的工作原理是:电机的动力经减速后传递给左转臂轴,左转臂轴转动带动左转臂旋转,左转臂带动左翼轴旋转,在左翼轴的牵引下左翼片旋转扑动,由于左弹簧和左挂钩的限制,左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。在一个周期内,左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翼片的转速来实现的,转速越快推力越大;推力的方向是通过改变左挂钩与左转臂轴的相对方位和高度来实现的。
右旋转扑翼的具体结构与左旋转扑翼的具体结构相同,它们关于机体的过重心的铅垂线对称并置于机身的左右两侧。右旋转扑翼的工作原理与左旋转扑翼的工作原理也相同。右旋转扑翼与左旋转扑翼的转速相同但转向相反。由于左翼片和右翼片都作圆周转动,对材料的疲劳强度要求不高。
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:一种无人类扑翼飞行器由机身1、起落架2、能源系统3、操控系统4、左旋转扑翼5和右旋转扑翼6组成。机身1为框架结构,采用碳纤维复合材料;能源系统3包括电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置;操控系统4包括无线导航装置和舵机;左旋转扑翼5和右旋转扑翼6结构相同,它们关于过机体重心的铅垂线对称分别布置于机身1的左右两侧在电机的驱动下同速反转提供推力;机体的重心在左转臂轴51与右转臂轴的连线的正下方。该飞行器可垂直升降和悬停。
左旋转扑翼5由左转臂52、左转臂轴51、左翼轴54、左翼片53、左弹簧55和左挂钩56组成;右旋转扑翼6由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右弹簧和右挂钩组成;左转臂轴51和右转臂轴靠近同轴安装,分别与能源系统3的减速齿轮组中的两个对向从动轮连接,由电机驱动主动轮带动该两个对向从动轮反相同速转动,从而分别带动左转臂轴51和右转臂轴转动,同时驱动左旋转扑翼5和右旋转扑翼6旋转扑动。
左旋转扑翼5的具体结构是:左转臂轴51的一端通过轴承与机身1相连,左转臂52的一端与左转臂轴51的另一端垂直固连,左转臂52的另一端与左翼轴54的一端垂直固连,左翼轴54的另一端通过轴承与左翼片53相连;左转臂轴51、左转臂52和左翼轴54处于同一平面内;左翼轴54与左翼片53相连于接近左翼片53的前缘处,左翼轴54与左翼片53的前缘平行,左翼片53能绕左翼轴54灵活转动;左翼片53呈直角梯形,是刚性的,由碳纤维复合材料制成;左弹簧55的一端与左翼片53固连于左翼片53根部端面的弦线与后缘相交处,左弹簧55的另一端通过左挂钩56与机身1相连,在操控系统的操纵下左挂钩能绕左转臂轴转摆一定角度。
起落架2采用滑橇式结构。
左旋转扑翼5的工作原理是:电机的动力经减速后传递给左转臂轴51,左转臂轴51转动带动左转臂52旋转,左转臂52带动左翼轴54旋转,在左翼轴54的牵引下左翼片53旋转扑动,由于左弹簧55和左挂钩56的控制,左翼片53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。在一个周期内,左翼片53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翼片53的转速来实现的,转速越快推力越大;推力的方向是通过改变左挂钩56与左转臂轴51的相对方位和高度来实现的。
右旋转扑翼6的具体结构与左旋转扑翼5的具体结构相同,它们关于机体的过重心的铅垂线对称并置于机身1的左右两侧。右旋转扑翼6的工作原理与左旋转扑翼5的工作原理也相同。右旋转扑翼6与左旋转扑翼5的转速相同但转向相反。由于右旋转扑翼6和左旋转扑翼5的结构对称性,驱动它们的从动轮也对称,挂钩的起始高度相同,所有转动件的离心力自平衡,机身1两侧的气动力偶矩也相互平衡。因此,机身1两侧的左旋转扑翼5和右旋转扑翼6能产生大小相等,方向平行,作用点对称于机身的定向推力。该发明一种无人类扑翼飞行器在两侧升力的作用下能实现平稳垂直升降。由于左翼片53和右翼片都作圆周转动,对材料的疲劳强度要求不高。
下面就该发明一种无人类扑翼飞行器的飞行状态对该发明作进一步说明。
起飞:起动电机,驱动左旋转扑翼5和右旋转扑翼6扑动,同时利用操控系统4使左挂钩56和右挂钩处于同一高度位置,并使左旋转扑翼5和右旋转扑翼6产生的气动力的合力竖直向上,当该合力大于机体重量时,该无人类扑翼飞行器垂直升空。
前飞:起飞后,在操控系统4的操控下抬高左挂钩56同时同步降低右挂钩,适当提高电机的转速,能使该飞行器向前飞行。
后飞:在空中飞行时,在操控系统4的控制下抬高右挂钩同时同步降低左挂钩56,适当提高电机的转速,能实现向后飞行。
转弯飞行:在前飞时,在操控系统4的控制下小许抬高左挂钩56飞行器将向右转弯;小许抬高右挂钩飞行器将向左转弯。
悬停:在空中飞行时,同时利用操控系统4使左挂钩56和右挂钩处于同一高度位置,调整好电机的转速,使左旋转扑翼5和右旋转扑翼6产生的气动力的合力向上,且等于机体重量,通过微调消除飞行惯性后该飞行器将处于悬停位置。
降落:将该飞行器调整至悬停位置后,慢慢降低电机的转速,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。
本发明一种无人类扑翼飞行器带上拍摄设备可用于航拍、地理测量、交通执勤、军事侦查和抢险救灾等多种任务。