CN104260888B

CN104260888B - 一种小微型无人机升力装置

Info

Publication number: CN104260888B
Application number: CN201410525304.XA
Authority: CN
Inventors: 李鸿; 许芳芳; 张东旭
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-10-08
Also published as: CN104260888A

Abstract

一种小微型无人机升力装置是将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，而每套总成均由叶轮套、翼片、连接杆、导流罩、端板、轴承和转轴组成；借助连接杆沿叶轮套周向均布的5～7组双列翼片在转轴的带动下分别向内旋转时，暴露在导流罩之外的双列翼片下表面拨动空气向下运动，获得向上的反作用力，即升力；与此同时，部分气流掠过翼片上下表面，获得由机翼原理所决定的另一部分升力；而导流罩之内的双列翼片尽管也拨动空气，产生上述两部分效果相反的力，但因属于“系统内力”而失去副作用。本发明仅借助于单一的旋转运动即可获得升力；且因采用机翼状翼片，扩大了升力来源，效率更高。

Description

一种小微型无人机升力装置

技术领域

一种小微型无人机升力装置，属于扑翼机领域。

背景技术

小微型无人机的研制始于1990年代中期，其结构形式有固定翼、旋翼及扑翼式之分，其技术难点包括空气动力学原理、动力系统、控制系统、通讯系统、侦察传感器等。目前，小微型无人机在尖端技术云集的军事领域得到了广泛应用并创造了许多奇迹。尽管如此，人们仍然没有放弃对改进上述难点技术的探索。

在有关小微型无人机的诸多技术和工程问题中，最大的难点应属动力系统，它必须能在极小的体积内产生足够的能量，并把它转变为推力，而又不增加过多的重量。

当你用“扑翼飞机”和“ornithopter”对中、外专利数据库进行检索时，大量相关申请文件会展现在你的眼前；媒体也报道过一些大型的或微型的样机，如：2006年9月中国航空信息网曾报道“加拿大实现有人驾驶扑翼机飞行。这架试飞的扑翼机编号为C-GPTR，在同年7月8日进行了3次滑跑试验，并在最后一次滑跑过程中实现了离地起飞并维持。当该机达到大约80千米/小时的滑行速度时，试飞员将油门杆推到最大位置，此时扑翼频率为1赫兹，机体成功离开了跑道，并以约89千米/小时的速度、在距离地面大约1米的高度向前平飞了10秒，总飞行距离330米，留空时间只有14秒。”

http://news.xinhuanet.com/2003年12月15日报道了南京航空航天大学采用三连杆扑动翼驱动机构制作的微型扑翼飞机只有38克重，能在空中飞6分钟，飞行高度达到50米。

事实上，不能原地起落的加拿大扑翼机不是真正意义上的扑翼飞机；而南京航空航天大学的扑翼机升力极其有限，有效荷载仅仅为38克；且两者的留空时间均很短暂。究其原因在于：上下煽动的扑翼会抵消一部分升力，效率低下；此外，高速运行的多连杆机构的可靠性也不会很高。

中国发明专利“一种扑翼机升力生成装置”(200710071870.8，哈尔滨工程大学)公开的升力生成装置“是将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，而每套总成都由叶轮套、翼片、连接杆、导流罩、端板、轴承和转轴组成。其中，叶轮套的外圆周上均布4或6个连接杆，并分别与包角为90°或60°的圆弧形翼片的一条母线边固连；当圆弧形翼片围拢起来后可紧密包绕叶轮套，而当叶轮套借助转轴在包角为90°～120°圆弧状导流罩端板上的轴承内旋转起来之后，在离心力的作用下圆弧形翼片可沿叶轮套径向向外伸展，并拨动空气向下运动，产生升力。”尽管它取消了连杆机构且比上下煽动的扑翼具有更高的效率，但存在翼片伸展不到位且在最下方产生撞击等不足。

中国发明专利“滑动翼式升力生成装置”(200710071871.2，哈尔滨工程大学)公开的升力生成装置“是将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，而每套总成都包括转轴、翼片、减摩套筒、套筒轴、导流罩、弧状窄条导轨、端板和轴承，而转轴是由两块夹持刚性矩形板状翼片并允许翼片在其间滑动的条形夹板和端部的两段同轴线轴头组成；减摩套筒套装在与翼片的两个短边分别固连的套筒轴上，两块圆形端板固连在包角为90°～120°的圆弧状导流罩的两端；两个轴承分别固装在端板上的两个同轴线偏心孔内。当处于同一水平面内的两根转轴分别向内旋转时，因离心力作用而向外滑动的两块翼片将拨动空气向下运动并产生升力。”其不足在于：存在大面积的滑动摩擦表面。

发明内容

本发明的目的是公开一种小微型无人机升力装置，其设计思想也是将飞行过程中鸟翼所具有的产生升力和滑翔的双重功能区别开来，其中的滑翔功能让其它“静止”构件承担(与本专利申请无关)，而升力由本发明承担。

一种小微型无人机升力装置是将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，而每套总成都由叶轮套、翼片、连接杆、导流罩、端板、轴承和转轴组成。其中，叶轮套是一个圆柱形筒体，沿其母线划分为等长的两段，且在每段的中位处与沿圆周均布的5～7个连接杆的一端固连，而连接杆的另一端与机翼状的等宽平直翼片的端面固连；所有翼片的拱形上表面朝向同一侧；借助连接杆固连于同一母线上的两块翼片的同位弦线平行而不共线，即分别与转轴轴线空间斜交，于是，同一母线上两块并列翼片中一块的后缘与另一块的前缘之间形成一条气流通道，而通道的宽窄取决于所述的交角，即改变交角即可改变通道的宽度。半圆弧状导流罩略长于叶轮套，且内径略大于组装后的全部翼片外端所在圆周的直径；两块半圆形端板分别固连在导流罩的两端。转轴插入叶轮套内键连接并借助圆形端板中心处的轴承在导流罩内转动。

两套所述总成的导流罩侧背对背地固连在一起；两根所述转轴处于同一水平面内且平行；暴露在所述导流罩之外翼片的拱形上表面朝上。为了确保整个装置的动量矩守恒，两根所述转轴的转向应相反。

本发明运转时产生升力的原理是：在所述转轴分别向内旋转(即面向转轴的一端，左侧的翼片逆时针旋转，右侧的翼片顺时针旋转)时，暴露在所述导流罩之外的翼片下表面拨动空气向下运动，获得向上的反作用力，即升力；与此同时，部分气流穿过所述的气流通道掠过翼片上下表面，基于机翼原理获得另一部分升力；而导流罩之内的翼片尽管也拨动空气，产生上述两部分效果相反的力，但因属于“系统内力”而失去副作用。

本发明的有益效果在于：装置仅借助于单一的旋转运动即可获得升力；且因采用机翼状翼片，扩大了升力来源，效率更高。

附图说明

图1一种小微型无人机升力装置的横断面结构示意图

图2一种小微型无人机升力装置的纵向结构示意图

具体实施方式

下面给出本发明的优选实施方式，并结合附图加以说明。

如图1、图2所示，一种小微型无人机升力装置是将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，而每套总成都由叶轮套1、翼片2、连接杆3、导流罩4、端板5、轴承6和转轴7组成。其中，叶轮套1是一个圆柱形筒体，沿其母线划分为等长的两段，且在每段的中位处与沿圆周均布的5～7个连接杆3的一端固连，而连接杆3的另一端与机翼状的等宽平直翼片2的端面固连；所有翼片2的拱形上表面朝向同一侧；借助连接杆3固连于同一母线上的两块翼片2的同位弦线平行而不共线，即分别与转轴7的轴线空间斜交，交角初选为10°，最佳值由理论计算和试验确定；于是，同一母线上两块并列翼片2中的一块的后缘与另一块的前缘之间形成一条气流通道，而通道的宽窄取决于所述交角，即改变交角即可改变气流通道的宽度。半圆弧状导流罩4略长于叶轮套1，且内径略大于组装后的全部翼片2外端所在圆周的直径；两块半圆形端板5分别固连在导流罩4的两端。转轴7插入叶轮套1内键连接并借助半圆形端板5中心处的轴承6在导流罩4内转动。

两套所述总成的导流罩4背对背地固连在一起；两根转轴7处于同一水平面内且平行；暴露在所述导流罩4之外的翼片2的拱形上表面朝上。为了确保整个装置的动量矩守恒，两根转轴7的转向应相反。

Claims

1.一种小微型无人机升力装置，将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，两根转轴处于同一水平面内且平行；每套总成均是周向均布的翼片在转轴的带动下在导流罩内同步向内转动；其特征在于：每套总成包括叶轮套(1)、翼片(2)、连接杆(3)；其中，叶轮套(1)是一个圆柱形筒体，沿其母线划分为等长的两段，且在每段的中位处与沿圆周均布的5～7个连接杆(3)的一端固连，而连接杆(3)的另一端与翼片(2)固连，所述翼片(2)为机翼状的等宽平直翼片；所有翼片(2)的拱形上表面朝向同一侧；借助连接杆(3)固连于同一母线上的两块翼片(2)的同位弦线平行而不共线，即分别与转轴(7)的轴线空间斜交，交角初定为10°；导流罩(4)呈半圆弧状，端板(5)为半圆形，且导流罩(4)纵向略长于叶轮套(1)，内径略大于组装后的翼片(2)外端所在圆周的直径；两块端板(5)分别固连在导流罩(4)纵向的两端；转轴(7)插入叶轮套(1)内键连接并借助端板(5)中心处的轴承(6)在导流罩(4)内旋转；暴露在导流罩(4)之外的翼片(2)的拱形上表面朝上。