CN104443381B - 一种小型四翼振翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种小型四翼振翼飞行器，属航空技术领域，包括机身、尾翼、左振翼装置、右振翼装置和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和电源设备。配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备。左振翼装置和右振翼装置结构、参数及工作原理都相同对称布置于机身的左右两侧。左振翼装置包括电机、转盘、滑块、平动导杆、前竖立导杆、后竖立导杆、前翼片、后翼片、前上直线轴承、前下直线轴承、后上直线轴承和后下直线轴承。四个翼片在独立控制的两个电机的驱动下上下平移振动而产生升力和推力，上下拍动的过程中不会在横向产生水平分力，效率较高。该飞行器用于航拍、地理测量、交通执勤、农林作业、军事侦查和抢险救灾等多种任务。

Description

一种小型四翼振翼飞行器

技术领域

一种小型四翼振翼飞行器，属航空技术领域，尤其涉及一种振翼飞行器。

背景技术

传统扑翼飞行器的翅膀是按弧轨迹扑动的，翅膀上下拍动时在横向的水平方向即翅膀展长方向产生了一部分空气动力分量，该水平方向的分量对飞行器的前行和升空都没有正面效果，是动力的一种损耗；传统扑翼飞行器大多为两片翅膀，飞行不够灵活，机动性不强。

发明内容

本发明的目的是克服现有扑翼飞行器的上述不足，发明一种效率较高的机动灵活的小型四翼振翼飞行器。

一种小型四翼振翼飞行器，包括机身、尾翼、左振翼装置、右振翼装置和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和电源设备，该飞行器飞行姿态由操控系统操控，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备，采用锂电池为操控系统、机载设备和所有电机供电。配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备，采用自动导航自主驾驶方式或遥控方式飞行。左振翼装置和右振翼装置的结构和参数都相同对称布置于机身的左右两侧。尾翼由水平尾翼和垂直尾翼组成。水平尾翼能上下转摆起升降舵的作用。水平尾翼在操控系统的操控下上下偏转，从而控制该飞行器起降或俯仰飞行姿态。垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段的活动部分即方向舵组成。方向舵在操控系统的操控下左右偏转，能使该飞行器向左或向右偏航。起落架采用轮式起落架。

左振翼装置的结构是：包括电机、转盘、滑块、平动导杆、前竖立导杆、后竖立导杆、前翼片、后翼片、前上直线轴承、前下直线轴承、后上直线轴承和后下直线轴承。前翼片和后翼片相同，它们是非刚性的，前缘浑圆厚实，后缘尖细，靠近前缘的部分较硬，靠近后缘的部分较软，平面形状呈直角梯形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型翼型，它们都水平布置。前上直线轴承、前下直线轴承、后上直线轴承和后下直线轴承呈矩形布局通过轴承座固定安装在机身左侧。电机固定安装在机身内部，其输出轴横向水平布置并通过轴承与机身左侧壁相连。电机输出轴的输出端与转盘垂直相连于转盘内侧的中心。滑块安装在转盘外侧的接近边缘处，滑块既能随转盘绕电机输出轴公转还能自转。平动导杆纵向水平布置，其中段与滑块相连，滑块能沿平动导杆滑动，平动导杆的前端与前竖立导杆垂直固连于前竖立导杆的中段，平动导杆的后端与后竖立导杆垂直固连于后竖立导杆的中段。前竖立导杆的下端穿过前下直线轴承，前竖立导杆的上端穿过前上直线轴承后与前翼片的根部相连；后竖立导杆的下端穿过后下直线轴承，后竖立导杆的上端穿过后上直线轴承后与后翼片的根部相连。

从该发明飞行器的左侧往右侧看，左振翼装置的工作原理是：电机转动带动转盘顺时针方向旋转，在转盘上的滑块的带动下平动导杆作上下反复运动再带动前竖立导杆和后竖立导杆同步上下运动从而带动前翼片和后翼片上下振动。下拍过程，是前翼片和后翼片从最高处往最低处拍的过程，该过程前翼片和后翼片的前缘基本保持水平状态下拍，沿翼展方向前翼片和后翼片相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于前翼片和后翼片是非刚性的，有一定的柔度和弹性，下拍过程中后缘要滞后前缘一些。由于前翼片和后翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，下拍产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。上拍过程是前翼片和后翼片从最低位置上扬到最高位置，该过程前翼片和后翼片的前缘基本保持水平状态上拍，沿翼展方向相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。由于前翼片和后翼片是非刚性的，有一定的柔度和弹性，上拍时前翼片和后翼片的后缘也会滞后前缘。由于前翼片和后翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，前翼片和后翼片的后缘滞后前缘的程度大一些。上拍时前翼片和后翼片产生较大的向前的推力和较小的向上的升力或不产生升力，上拍过程产生升力的大小与该飞行器前飞的速度有关，前飞的速度越快产生的升力越大。前翼片和后翼片拍动的快慢是通过控制电机的转速进行调节的。为该飞行器更加灵活机动，每个翼片的根部均装有攻角限位器，采用舵机控制，在振翼时通过改变翼片的摆动范围即控制翼片攻角的大小来控制空气动力大小和方向从而实现各种不同的飞行姿态。所有翼片在振翼过程中基本上不产生横向的水平分力，振动效率高。

右振翼装置的工作原理与左振翼装置的工作原理相同。

左振翼装置和右振翼装置独立分开控制，该飞行器飞行更加机动灵活。

附图说明

图1是本发明一种小型四翼振翼飞行器的俯视示意图，图2是本发明一种小型四翼振翼飞行器的左视示意图，此图中，左振翼装置和右振翼装置处于下扑过程中，它们的翼片都处于下拍中，翼片的前缘朝下，后缘朝上。

图中，1-机身；2-尾翼，21-垂直安定面，22-方向舵，23-水平尾翼；3-左振翼装置；4-右振翼装置；5-起落架。

在图中标明的属于左振翼装置3的组成部分的有：31-电机，32-转盘，33-滑块，34-平动导杆，35-前竖立导杆，36-后竖立导杆，37-前翼片，38-后翼片，311-前上直线轴承，312-前下直线轴承，313后上直线轴承，314-后下直线轴承。

具体实施方式

现结合附图1~2对本发明加以具体说明：一种小型四翼振翼飞行器，包括机身1、尾翼2、左振翼装置3、右振翼装置4和起落架5。机身1内配有操控系统、机载设备和电源设备，该飞行器飞行姿态由操控系统操控，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备，采用锂电池为操控系统、机载设备和所有电机供电。配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备，采用自动导航自主驾驶方式或遥控方式飞行。左振翼装置3和右振翼装置4的结构和参数都相同对称布置于机身1的左右两侧。尾翼2由水平尾翼23和垂直尾翼组成。水平尾翼23能上下转摆起升降舵的作用。水平尾翼23在操控系统的操控下上下偏转，从而控制该飞行器起降或俯仰飞行姿态。垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面21和后段的活动部分即方向舵22组成。方向舵22在操控系统的操控下左右偏转，能使该飞行器向左或向右偏航。起落架5采用轮式起落架。

左振翼装置3的结构是：包括电机31、转盘32、滑块33、平动导杆34、前竖立导杆35、后竖立导杆36、前翼片37、后翼片38、前上直线轴承311、前下直线轴承312、后上直线轴承313和后下直线轴承314。前翼片37和后翼片38相同，它们是非刚性的，前缘浑圆厚实，后缘尖细，靠近前缘的部分较硬，靠近后缘的部分较软，平面形状呈直角梯形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型翼型，它们都水平布置。前上直线轴承311、前下直线轴承312、后上直线轴承313和后下直线轴承314呈矩形布局通过轴承座固定安装在机身1左侧。电机31固定安装在机身1内部，其输出轴横向水平布置并通过轴承与机身1左侧壁相连。电机31输出轴的输出端与转盘32垂直相连于转盘32内侧的中心。滑块33安装在转盘32外侧的接近边缘处，滑块33既能随转盘32绕电机31输出轴公转还能自转。平动导杆34纵向水平布置，其中段与滑块33相连，滑块33能沿平动导杆34滑动，平动导杆34的前端与前竖立导杆35垂直固连于前竖立导杆35的中段，平动导杆34的后端与后竖立导杆36垂直固连于后竖立导杆36的中段。前竖立导杆35的下端穿过前下直线轴承312，前竖立导杆35的上端穿过前上直线轴承311后与前翼片37的根部相连；后竖立导杆36的下端穿过后下直线轴承314，后竖立导杆36的上端穿过后上直线轴承313后与后翼片38的根部相连。

从该发明飞行器的左侧往右侧看，左振翼装置3的工作原理是：电机31转动带动转盘32顺时针方向旋转，在转盘32上的滑块33的带动下平动导杆34作上下反复运动再带动前竖立导杆35和后竖立导杆36同步上下运动从而带动前翼片37和后翼片38上下振动。下拍过程，是前翼片37和后翼片38从最高处往最低处拍的过程，该过程前翼片37和后翼片38的前缘基本保持水平状态下拍，沿翼展方向前翼片37和后翼片38相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于前翼片37和后翼片38是非刚性的，有一定的柔度和弹性，下拍过程中后缘要滞后前缘一些。由于前翼片37和后翼片38的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，下拍产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。上拍过程是前翼片37和后翼片38从最低位置上扬到最高位置，该过程前翼片37和后翼片38的前缘基本保持水平状态上拍，沿翼展方向相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。由于前翼片37和后翼片38是非刚性的，有一定的柔度和弹性，上拍时前翼片37和后翼片38的后缘也会滞后前缘。由于前翼片37和后翼片38的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，前翼片37和后翼片38的后缘滞后前缘的程度大一些。上拍时前翼片37和后翼片38产生较大的向前的推力和较小的向上的升力或不产生升力，上拍过程产生升力的大小与该飞行器前飞的速度有关，前飞的速度越快产生的升力越大。前翼片37和后翼片38拍动的快慢是通过控制电机31的转速进行调节的。为该飞行器更加灵活机动，每个翼片的根部均装有攻角限位器，采用舵机控制，在振翼时通过改变翼片的摆动范围即控制翼片攻角的大小来控制空气动力大小和方向从而实现各种不同的飞行姿态。所有翼片在振翼过程中基本上不产生横向的水平分力，振动效率高。

右振翼装置4的工作原理与左振翼装置3的工作原理相同。

左振翼装置3和右振翼装置4独立分开控制，该飞行器飞行更加机动灵活。

机身1内配有摄像机及信息处理系统，能进行航拍，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。机上和地面配置匹配的遥控设备该飞行器能实现遥控飞行。

该飞行器采用手投方式起飞或采用跑道滑行方式起飞；将左振翼装置3和右振翼装置4的四个翼片锁定在同高的过飞行器的重心的水平位置或高于过飞行器重心的水平位置，方便该飞行器滑翔或降落。

本发明一种小型四翼振翼飞行器可用于航拍、地理测量、交通执勤、农林作业、军事侦查和抢险救灾等多种任务。

Claims (9)

1.一种小型四翼振翼飞行器，包括机身（1）、尾翼（2）、左振翼装置（3）、右振翼装置（4）和起落架（5），其特征在于：机身（1）内配有操控系统、机载设备和电源设备，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备，采用锂电池为操控系统、机载设备和所有电机供电；配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备，采用自动导航自主驾驶方式或遥控方式飞行；左振翼装置（3）和右振翼装置（4）的结构、参数及工作原理都相同，且二者对称布置于机身（1）的左右两侧；尾翼（2）由水平尾翼（23）和垂直尾翼组成；水平尾翼（23）能上下转摆起升降舵的作用；垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面（21）和后段的活动部分即方向舵（22）组成；起落架（5）采用轮式起落架；左振翼装置（3）的结构是：包括电机（31）、转盘（32）、滑块（33）、平动导杆（34）、前竖立导杆（35）、后竖立导杆（36）、前翼片（37）、后翼片（38）、前上直线轴承（311）、前下直线轴承（312）、后上直线轴承（313）和后下直线轴承（314）；前翼片（37）和后翼片（38）相同，它们是非刚性的，前缘浑圆厚实，后缘尖细，靠近前缘的部分较硬，靠近后缘的部分较软，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型翼型，它们都水平布置；前上直线轴承（311）、前下直线轴承（312）、后上直线轴承（313）和后下直线轴承（314）呈矩形布局通过轴承座固定安装在机身（1）左侧；电机（31）固定安装在机身（1）内部，其输出轴横向水平布置并通过轴承与机身（1）左侧壁相连；电机（31）输出轴的输出端与转盘（32）垂直相连于转盘（32）内侧的中心；滑块（33）安装在转盘（32）外侧的接近边缘处，滑块（33）既能随转盘（32）绕电机（31）输出轴公转还能自转；平动导杆（34）纵向水平布置，其中段与滑块（33）相连，滑块（33）能沿平动导杆（34）滑动，平动导杆（34）的前端与前竖立导杆（35）垂直固连于前竖立导杆（35）的中段，平动导杆（34）的后端与后竖立导杆（36）垂直固连于后竖立导杆（36）的中段；前竖立导杆（35）的下端穿过前下直线轴承（312），前竖立导杆（35）的上端穿过前上直线轴承（311）后与前翼片（37）的根部相连；后竖立导杆（36）的下端穿过后下直线轴承（314），后竖立导杆（36）的上端穿过后上直线轴承（313）后与后翼片（38）的根部相连。

2.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：所有翼片平面形状呈直角梯形。

3.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：左振翼装置（3）和右振翼装置（4）独立分开控制。

4.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：四个翼片能锁定在同高的过飞行器的重心的水平位置或高于过飞行器重心的水平位置。

5.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：机身（1）内配有摄像机及信息处理系统，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。

6.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：机上和地面配置匹配的遥控设备。

7.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：起落架（5）采用轮式起落架。

8.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：每个翼片的根部均装有攻角限位器，采用舵机控制。

9.根据权利要求1所述的一种小型四翼振翼飞行器，其特征在于：该飞行器采用手投方式起飞或采用跑道滑行方式起飞。