CN104443384B - 一种旋转翼片类扑翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
一种旋转翼片类扑翼飞行器，属航空技术领域，主要由机身、尾部螺旋桨、左旋转类扑翼装置、右旋转类扑翼装置和起落架组成。机身内配有操控系统、自动导航自主飞行仪和遥控系统。左旋转类扑翼装置和右旋转类扑翼装置结构、参数和工作原理都相同并对称布置于机身的左右两侧外伸的左支架和右支架上。尾部螺旋桨由小电机驱动。右旋转类扑翼装置包括发动机、主轴、转臂、中心固定齿轮、第一近心齿轮、第一远心齿轮、第一翼片、第二近心齿轮、第二远心齿轮和第二翼片；所有齿轮啮合的传动比均为1∶1；第一翼片和第二翼片交替进行下扑和上扑，产生向前的推力和向上的升力。该飞行器用于航拍、农林牧作业和军事需求。
Description
技术领域
一种旋转翼片类扑翼飞行器，属航空技术领域，尤其涉及一种类扑翼飞行器。
背景技术
传统扑翼飞行器的翅膀是按圆弧轨迹扑动的，翅膀上下拍动时在横向的水平方向产生了一部分空气动力分量，该水平方向的分量对扑翼飞行器的前行和升空都没有正面效果，是动力的一种损耗。翅膀上下扑动，存在转向过程，动作连贯性差；专利号为ZL200910073435.8的中国专利公开的一种结构较复杂的靠扑翼提升机构使扑翼片复位的扑翼升力生成装置，虽然效率较传统扑翼高些，但翼片下扑过程中，只有中间位置翼片处于水平位置，其它时候翼片与水平面都存在一个夹角，越离开中间位置夹角越大，产生的升力是翼片作用力的竖直方向的分量，水平方向的分量成了损耗，产生升力的效率也有限。
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，发明一种效率更高的旋转翼片类扑翼飞行器。
一种旋转翼片类扑翼飞行器，主要由机身、尾部螺旋桨、左旋转类扑翼装置、右旋转类扑翼装置和起落架组成。机身内配有操控系统、自动导航自主飞行仪和遥控系统，该飞行器采用自动导航自主飞行模式和遥控飞行模式相结合的方式飞行，近距离飞行采用遥控方式飞行，远距离飞行采用自动导航自主飞行模式飞行。左旋转类扑翼装置和右旋转类扑翼装置结构、参数和工作原理都相同，并对称布置于机身的左右两侧外伸的左支架和右支架上，用来产生升力和推力。尾部螺旋桨由小电机驱动，尾部螺旋桨旋转平面能向左或向右倾斜，也能向前或向后倾斜，在操控系统的操控下能产生向上、向左上侧、向右上侧、向前上方或向后上方的拉力，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。小电机、操作系统的舵机、自动导航自主飞行仪和遥控设备采用锂电池供电。起落架采用后三点式轮式起落架。
右旋转类扑翼装置的具体结构是：它包括发动机、主轴、转臂、中心固定齿轮、第一近心齿轮、第一远心齿轮、第一翼片、第二近心齿轮、第二远心齿轮和第二翼片。第一近心齿轮、第一远心齿轮和第一翼片与第二近心齿轮、第二远心齿轮和第二翼片两套构件一一对应，对应的构件结构相同且对称安装在中心固定齿轮的两侧。中心固定齿轮固定安装于机身的伸出右侧的右支架末端。主轴纵向水平布置，主轴的后端与转臂固连于转臂的中心，主轴的中段通过轴承与中心固定齿轮相连于中心固定齿轮的中心孔内，主轴能在中心固定齿轮的中心孔内灵活转动，主轴的前端与发动机的输出轴相连。第二远心齿轮、第二近心齿轮、中心固定齿轮、第一近心齿轮和第一远心齿轮五者排在一条直线上，第二远心齿轮、第二近心齿轮、第一近心齿轮和第一远心齿轮的转动平面与中心固定齿轮处于同一横向铅垂平面内；第二远心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂的一端，第一远心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂的另一端；第二近心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂的靠近第二远心齿轮的一段的中间，第一近心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂的靠近第一远心齿轮的一段的中间；第二远心齿轮与第二近心齿轮啮合，第二近心齿轮与中心固定齿轮啮合，中心固定齿轮与第一近心齿轮啮合，第一近心齿轮与第一远心齿轮啮合，所有齿轮啮合的传动比均为1∶1。第一翼片和第二翼片均为非刚性的矩形翼片，翼型为上凸下凹型或上凸下平型，具有一定的弹性。第一远心齿轮的转轴的后端与第一翼片固连于第一翼片的前端中间位置；第二远心齿轮的转轴的后端与第二翼片固连于第二翼片的前端中间位置。当转臂处于水平静止状态时，第一翼片和第二翼片处于同一水平面内。转臂的断面为翼型，转臂转动时可产生向前的拉力。
从该飞行器的尾端往前端看，右旋转类扑翼装置的工作原理是：起始位置为第一翼片处于最高位置，第二翼片处于最低位置，两翼片都处于水平状态。在操控系统的控制下，启动发动机，在动力的驱动下，主轴顺时针转动，带动转臂顺时针转动，由于中心固定齿轮是固定的，且中心固定齿轮与第一远心齿轮和第二远心齿轮的传动比为1∶1，第一翼片和第二翼片在绕主轴公转的同时分别在第一远心齿轮和第二远心齿轮的带动下逆时针方向自转。第一翼片从最高处运行到最低处为下扑过程：第一翼片的前缘保持水平状态下扑，沿翼展方向第一翼片相同弦长位置下扑的位移相同，实现向下平扑；由于第一翼片是非刚性的，有一定的弹性，下扑中途第一翼片的后缘要滞后第一翼片的前缘一些。由于第一翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，第一翼片下扑产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。同时，第二翼片从最低处运行到最高处进行上扑过程：第二翼片的前缘保持水平状态上扑，沿翼展方向第二翼片相同弦长位置上扑的位移相同，实现向上平扑。由于第二翼片是非刚性的，有一定的弹性，第二翼片上扑中途其后缘也会滞后其前缘。由于第二翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与第一翼片的下拍相比，第二翼片的后缘滞后前缘的程度大一些。第二翼片上扑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，产生升力的大小与该飞行器前行的速度有关。第一翼片和第二翼片完成下扑和上扑过程后，随着主轴的继续顺时针旋转，接下来第一翼片上扑，第二翼片下扑。这样，主轴连续转动，第一翼片和第二翼片交替进行下扑和上扑，产生向前的推力和向上的升力，维持该飞行器飞行。
左旋转类扑翼装置的工作原理与右旋转类扑翼装置的工作原理相同，由于左旋转类扑翼装置和右旋转类扑翼装置结构相同且对称安装。左旋转类扑翼装置的主轴在左旋转类扑翼装置的发动机的驱动下逆时针方向转动带动左旋转类扑翼装置的转臂逆时针方向旋转。左旋转类扑翼装置的翼片在左旋转类扑翼装置的主轴的左侧时下扑，在左旋转类扑翼装置的主轴的右侧时上扑。
所有翼片在上下扑动的过程中不会在翼展方向即横向产生水平分力，效率较高。该飞行器采用两台发动机独立驱动，机动性强。
附图说明
图1是本发明一种旋转翼片类扑翼飞行器的后视示意图；图2是图1的俯视示意图；图3是图1中的右旋转类扑翼装置的放大示意图；图4是图2中的右旋转类扑翼装置的放大示意图；图5是右旋转类扑翼装置的运动过程示意后视图。
图中，1-机身，11-左支架，12-右支架；2-尾部螺旋桨，21-小电机；3-左旋转类扑翼装置；4-右旋转类扑翼装置；5-起落架。
属于左旋转类扑翼装置3的组件：30-发动机，31-主轴，32-转臂架，33-中心固定齿轮，34-第一近心齿轮，35-第一远心齿轮，36第一翼片，361-第一翼片的前缘，362-第一翼片的后缘，37-第二近心齿轮，38-第二远心齿轮，39-第二翼片，391-第二翼片的前缘，392-第二翼片的后缘。
属于右旋转类扑翼装置4的组件：40-发动机，41-主轴，42-转臂架，43-中心固定齿轮，44-第一近心齿轮，45-第一远心齿轮，46第一翼片，461-第一翼片的前缘，462-第一翼片的后缘，47-第二近心齿轮，48-第二远心齿轮，49-第二翼片，491-第二翼片的前缘，492-第二翼片的后缘。
具体实施方式
现结合附图1~5对本发明加以具体说明：一种旋转翼片类扑翼飞行器，主要由机身1、尾部螺旋桨2、左旋转类扑翼装置3、右旋转类扑翼装置4和起落架5组成。机身1内配有操控系统、自动导航自主飞行仪和遥控系统，该飞行器采用自动导航自主飞行模式和遥控飞行模式相结合的方式飞行，近距离飞行采用遥控方式飞行，远距离飞行采用自动导航自主飞行模式飞行。左旋转类扑翼装置3和右旋转类扑翼装置4结构、参数和工作原理都相同，并对称布置于机身1的左右两侧外伸的左支架11和右支架12上，用来产生升力和推力。尾部螺旋桨2由小电机21驱动，尾部螺旋桨2旋转平面能向左或向右倾斜，也能向前或向后倾斜，在操控系统的操控下能产生向上、向左上侧、向右上侧、向前上方或向后上方的拉力，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。小电机21、操作系统的舵机、自动导航自主飞行仪和遥控设备采用锂电池供电。起落架5采用后三点式轮式起落架。
右旋转类扑翼装置4的具体结构是：它包括发动机40、主轴41、转臂42、中心固定齿轮43、第一近心齿轮44、第一远心齿轮45、第一翼片46、第二近心齿轮47、第二远心齿轮48和第二翼片49。第一近心齿轮44、第一远心齿轮45和第一翼片46与第二近心齿轮47、第二远心齿轮48和第二翼片49两套构件一一对应，对应的构件结构相同且对称安装在中心固定齿轮43的两侧。中心固定齿轮43固定安装于机身1的伸出右侧的右支架12末端。主轴41纵向水平布置，主轴41的后端与转臂42固连于转臂42的中心，主轴41的中段通过轴承与中心固定齿轮43相连于中心固定齿轮43的中心孔内，主轴41能在中心固定齿轮43的中心孔内灵活转动，主轴41的前端与发动机40的输出轴相连。第二远心齿轮48、第二近心齿轮47、中心固定齿轮43、第一近心齿轮44和第一远心齿轮45五者排在一条直线上，第二远心齿轮48、第二近心齿轮47、第一近心齿轮44和第一远心齿轮45的转动平面与中心固定齿轮43处于同一横向铅垂平面内；第二远心齿轮48的转轴通过轴承安装在转臂42的一端，第一远心齿轮45的转轴通过轴承安装在转臂42的另一端；第二近心齿轮47的转轴通过轴承安装在转臂42的靠近第二远心齿轮48的一段的中间，第一近心齿轮44的转轴通过轴承安装在转臂42的靠近第一远心齿轮45的一段的中间；第二远心齿轮48与第二近心齿轮47啮合，第二近心齿轮47与中心固定齿轮43啮合，中心固定齿轮43与第一近心齿轮44啮合，第一近心齿轮44与第一远心齿轮45啮合，所有齿轮啮合的传动比均为1∶1。第一翼片46和第二翼片49均为非刚性的矩形翼片，翼型为上凸下凹型或上凸下平型，具有一定的弹性。第一远心齿轮45的转轴的后端与第一翼片46固连于第一翼片46的前端中间位置；第二远心齿轮48的转轴的后端与第二翼片49固连于第二翼片49的前端中间位置。当转臂42处于水平静止状态时，第一翼片46和第二翼片49处于同一水平面内。转臂42的断面为翼型，转臂42转动时可产生向前的拉力。
从该飞行器的尾端往前端看，右旋转类扑翼装置4的工作原理是：起始位置为第一翼片46处于最高位置，第二翼片49处于最低位置，两翼片都处于水平状态。在操控系统的控制下，启动发动机40，在动力的驱动下，主轴41顺时针转动，带动转臂42顺时针转动，由于中心固定齿轮43是固定的，且中心固定齿轮43与第一远心齿轮45和第二远心齿轮48的传动比为1∶1，第一翼片46和第二翼片49在绕主轴41公转的同时分别在第一远心齿轮45和第二远心齿轮48的带动下逆时针方向自转。第一翼片46从最高处运行到最低处为下扑过程：第一翼片46的前缘461保持水平状态下扑，沿翼展方向第一翼片46相同弦长位置下扑的位移相同，实现向下平扑；由于第一翼片46是非刚性的，有一定的弹性，下扑中途第一翼片的后缘462要滞后第一翼片的前缘461一些。由于第一翼片46的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，第一翼片46下扑产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。同时，第二翼片49从最低处运行到最高处进行上扑过程：第二翼片的前缘491保持水平状态上扑，沿翼展方向第二翼片49相同弦长位置上扑的位移相同，实现向上平扑。由于第二翼片49是非刚性的，有一定的弹性，第二翼片49上扑中途其后缘492也会滞后其前缘491。由于第二翼片49的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与第一翼片46的下拍相比，第二翼片49的后缘492滞后前缘491的程度大一些。第二翼片49上扑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，产生升力的大小与该飞行器前行的速度有关。第一翼片46和第二翼片49完成下扑和上扑过程后，随着主轴41的继续顺时针旋转，接下来第一翼片46上扑，第二翼片49下扑。这样，主轴41连续转动，第一翼片46和第二翼片49交替进行下扑和上扑，产生向前的推力和向上的升力，维持该飞行器飞行。
左旋转类扑翼装置3的工作原理与右旋转类扑翼装置4的工作原理相同，由于左旋转类扑翼装置3和右旋转类扑翼装置4结构相同且对称安装。左旋转类扑翼装置3的主轴31在左旋转类扑翼装置3的发动机30的驱动下逆时针方向转动带动左旋转类扑翼装置3的转臂32逆时针方向旋转。左旋转类扑翼装置3的翼片在左旋转类扑翼装置3的主轴31的左侧时下扑，在左旋转类扑翼装置3的主轴31的右侧时上扑。
所有翼片在上下扑动的过程中不会在翼展方向即横向产生水平分力，效率较高。该飞行器采用两台发动机独立驱动，机动性强。
两台发动机相同，均采用内燃机或电机，采用电机时用锂电池供电。
左旋转类扑翼装置3和右旋转类扑翼装置4的四个翼片锁定在同一水平高度且四个翼片均保持一个4°至8°之间的攻角时，有利于该飞行器滑翔。
该飞行器可用于航拍、救灾、农林牧作业和一些军事需求。
Claims (6)
1.一种旋转翼片类扑翼飞行器，其特征在于：主要由机身（1）、尾部螺旋桨（2）、左旋转类扑翼装置（3）、右旋转类扑翼装置（4）和起落架（5）组成；机身（1）内配有操控系统、自动导航自主飞行仪和遥控系统；左旋转类扑翼装置（3）和右旋转类扑翼装置（4）结构、参数和工作原理都相同，并对称布置于机身（1）的左右两侧外伸的左支架（11）和右支架（12）上；尾部螺旋桨（2）由小电机（21）驱动，尾部螺旋桨（2）旋转平面能向左或向右倾斜，也能向前或向后倾斜；
右旋转类扑翼装置（4）的具体结构是：它包括发动机（40）、主轴（41）、转臂（42）、中心固定齿轮（43）、第一近心齿轮（44）、第一远心齿轮（45）、第一翼片（46）、第二近心齿轮（47）、第二远心齿轮（48）和第二翼片（49）；第一近心齿轮（44）、第一远心齿轮（45）和第一翼片（46）与第二近心齿轮（47）、第二远心齿轮（48）和第二翼片（49）两套构件一一对应，对应的构件结构相同且对称安装在中心固定齿轮（43）的两侧；中心固定齿轮（43）固定安装于机身（1）的伸出右侧的右支架（12）末端；主轴（41）纵向水平布置，主轴（41）的后端与转臂（42）固连于转臂（42）的中心，主轴（41）的中段通过轴承与中心固定齿轮（43）相连于中心固定齿轮（43）的中心孔内，主轴（41）能在中心固定齿轮（43）的中心孔内灵活转动，主轴（41）的前端与发动机（40）的输出轴相连；第二远心齿轮（48）、第二近心齿轮（47）、中心固定齿轮（43）、第一近心齿轮（44）和第一远心齿轮（45）五者排在一条直线上，第二远心齿轮（48）、第二近心齿轮（47）、第一近心齿轮（44）和第一远心齿轮（45）的转动平面与中心固定齿轮（43）处于同一横向铅垂平面内；第二远心齿轮（48）的转轴通过轴承安装在转臂（42）的一端，第一远心齿轮（45）的转轴通过轴承安装在转臂（42）的另一端；第二近心齿轮（47）的转轴通过轴承安装在转臂（42）的靠近第二远心齿轮（48）的一段的中间，第一近心齿轮（44）的转轴通过轴承安装在转臂（42）的靠近第一远心齿轮（45）的一段的中间；第二远心齿轮（48）与第二近心齿轮（47）啮合，第二近心齿轮（47）与中心固定齿轮（43）啮合，中心固定齿轮（43）与第一近心齿轮（44）啮合，第一近心齿轮（44）与第一远心齿轮（45）啮合，所有齿轮啮合的传动比均为1∶1；第一翼片（46）和第二翼片（49）均为非刚性的矩形翼片，翼型为上凸下凹型或上凸下平型，具有一定的弹性；第一远心齿轮（45）的转轴的后端与第一翼片（46）固连于第一翼片（46）的前端中间位置；第二远心齿轮（48）的转轴的后端与第二翼片（49）固连于第二翼片（49）的前端中间位置；当转臂（42）处于水平静止状态时，第一翼片（46）和第二翼片（49）处于同一水平面内。
2.根据权利要求1所述的一种旋转翼片类扑翼飞行器，其特征在于：小电机（21）、操作系统的舵机、自动导航自主飞行仪和遥控设备采用锂电池供电。
3.根据权利要求1所述的一种旋转翼片类扑翼飞行器，其特征在于：起落架（5）采用后三点式轮式起落架。
4.根据权利要求1所述的一种旋转翼片类扑翼飞行器，其特征在于：转臂（42）的断面为翼型。
5.根据权利要求1所述的一种旋转翼片类扑翼飞行器，其特征在于：两台发动机采用内燃机或电机，采用电机时用锂电池供电。
6.根据权利要求1所述的一种旋转翼片类扑翼飞行器，其特征在于：左旋转类扑翼装置（3）和右旋转类扑翼装置（4）的四个翼片能锁定在同一水平高度且四个翼片均能保持一个4°至8°之间的攻角。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Gao Shuxin Inventor before: Wang Zhicheng |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170911 Address after: 501, room 4, unit 1, building 317, No. 075000 South Street, Beizhen, Zhangbei County, Zhangjiakou, Hebei, Yongchun Patentee after: Gao Shuxin Address before: Foshan City, Guangdong province 528500 city streets Gaoming District No. 78 Jiangwan Road, room 402 Fu Wan Patentee before: Shenfeng science and technology of aviation Co., Ltd of Foshan City |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160629 Termination date: 20171215 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |