CN104443387B - 一种水平下拍切向复位的扑翼装置 - Google Patents

一种水平下拍切向复位的扑翼装置 Download PDF

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Abstract

一种水平下拍切向复位的扑翼装置，属航空技术领域。包括主电机、主轴、摆轴、翼轴、转翼电机、中心齿轮、摆轴近心齿轮、摆轴套管、摆轴远心齿轮、翼齿轮、翼片和机架。主轴与主电机的输出轴相连，且与摆轴垂直固连。摆轴与翼轴垂直固连。翼轴通过轴承与翼齿轮相连。翼齿轮与翼片固连于翼片的前边。转翼电机的输出轴与中心齿轮固连。摆轴套管通过轴承套装住摆轴，摆轴套管的两端分别与摆轴近心齿轮和摆轴远心齿轮固连。中心齿轮与翼齿轮的传动比为1∶1。主电机正反转驱动主轴反复转动180°使摆轴下上转摆实现连续下扑和上扬运动。下扑过程翼片始终处于水平状态。本装置结构简单，效率高，能产生较大升力，占用空间较小，便于制作结构紧凑的飞行器。

Description

一种水平下拍切向复位的扑翼装置
技术领域
一种水平下拍切向复位的扑翼装置，属航空技术领域，尤其涉及一种扑翼装置。
背景技术
传统的连杆机抅扑翼靠上下煽动来产生升力，扑翼上扬时阻力较大，效率较低，能产生的升力有限，很难实现重载飞行；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和现有的半转机构扑翼装置，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，故该两种现有的扑翼装置产生升力的效率有限。
发明内容
本发明的目的是克服现有扑翼装置的上述不足，发明一种结构简单的效率更高的水平下拍切向复位的扑翼装置。
一种水平下拍切向复位的扑翼装置，包括主电机、主轴、摆轴、翼轴、转翼电机、中心齿轮、摆轴近心齿轮、摆轴套管、摆轴远心齿轮、翼齿轮、翼片和机架。翼片为矩形刚性平板。转翼电机和主电机均采用伺服电机，采用方便充电的锂电池供电，控制器能对转翼电机和主电机的转速、转向和转动角度进行控制。转翼电机和主电机都与主轴同轴地且轴线纵向水平地安装在机架上，转翼电机和主电机分别前后布置。主轴的后端与主电机的输出轴相连，主轴的中段通过轴承安装在机架上，主轴的前端与摆轴的一端垂直固连。摆轴的另一端与翼轴的前端垂直固连。翼轴与主轴平行。翼轴的后段通过轴承与翼齿轮相连。翼齿轮的端头与翼片固连于翼片的前边的正中处。翼轴与翼片在同一平面内。转翼电机的输出轴与中心齿轮的端头固连。摆轴套管通过轴承套装在摆轴周围，摆轴能在摆轴套管内灵活转动，摆轴套管的一端与摆轴近心齿轮固连，摆轴套管的另一端与摆轴远心齿轮固连。中心齿轮与摆轴近心齿轮啮合，传动比为1∶1。摆轴远心齿轮与翼齿轮啮合，传动比为1∶1。中心齿轮、翼齿轮、摆轴远心齿轮和翼齿轮均采用锥齿轮。组装该水平下拍切向复位的扑翼装置时，确保摆轴处于主轴正上方竖直位置时翼片水平布置。
从主轴的后端往前端看，该水平下拍切向复位的扑翼装置的工作原理是：下扑起始位置为摆轴竖直布置于主轴的正上方，此时翼片处于水平位置并位于最高处，主电机驱动主轴顺时针转动，带动摆轴顺时针转动，转翼电机不转动且锁住中心齿轮，由于中心齿轮与翼齿轮的传动比为1∶1，在中心齿轮、摆轴近心齿轮、摆轴远心齿轮和翼齿轮组成的齿轮传动系的作用下，翼齿轮带动翼片逆时针转动，保持翼片处于水平位置下拍，当摆轴转至主轴正下方处于竖直位置时主电机转速变成零，主轴停止转动，此时翼片处于最低位置，完成了下扑过程。上扬过程是：从翼片处于最低位置开始，由控制器控制主电机反转，主轴在主电机的驱动下逆时针转动，带动摆轴逆时针向上转动，同时启动转翼电机与主电机同步逆时针转动，这样一来，中心齿轮、摆轴近心齿轮、摆轴远心齿轮和翼齿轮不发生相对运动，翼片与摆轴保持垂直不变上扬即切向复位。当摆轴转至主轴正上方处于竖直位置时主电机和转翼电机转速同时变成零，主轴停止转动，此时翼片处于最高位置，完成了上扬过程，该装置回到了下扑过程的起始状态。继续重复上述过程，该装置将连续下扑和上扬过程，扑动的角度固定为180°，以实现翼片的连续水平下拍和切向复位。
该发明装置下扑过程翼片始终处于水平状态下拍，故能产生较大升力，由于作用力在水平方向几乎没有分量，故产生升力的效率很高。上扬过程翼片始终保持与摆轴垂直，翼片沿翼轴运动圆弧轨迹的切向复位，阻力较小。
本发明水平下拍切向复位的扑翼装置结构简单，效率高，能产生较大的升力，且下扑和上扬时各构件的运动基本上是在过主轴的铅垂面的同一侧完成的，该发明装置占用的空间较小，便于制作结构紧凑的飞行器。
附图说明
图1是处于下扑过程中的本发明一种水平下拍切向复位的扑翼装置的后视示意图，图中，翼片处于下拍过程中，翼片处于水平方向；图2是图1的俯视示意图；图3是处于上扬过程中的本发明一种水平下拍切向复位的扑翼装置的后视示意图，图中翼片处于复位过程中，翼片与摆轴垂直。
图中，1-主电机，2-主轴，3-摆轴，4-翼轴，5-转翼电机，6-中心齿轮，7-摆轴近心齿轮，8-摆轴套管，9-摆轴远心齿轮，10-翼齿轮，11-翼片，12-机架。13表示摆轴3的摆转方向；14表示翼轴4的运动轨迹圆弧。
具体实施方式
现结合附图1~3对本发明加以具体说明：一种水平下拍切向复位的扑翼装置，包括主电机1、主轴2、摆轴3、翼轴4、转翼电机5、中心齿轮6、摆轴近心齿轮7、摆轴套管8、摆轴远心齿轮9、翼齿轮10、翼片11和机架12。翼片11为矩形刚性平板。转翼电机5和主电机1均采用伺服电机，采用方便充电的锂电池供电，控制器能对转翼电机5和主电机1的转速、转向和转动角度进行控制。控制器将转翼电机5和主电机1的转动角度定为180°。控制器能对转翼电机5进行停转循环控制，能对主电机1进行正反转控制。转翼电机5和主电机1都与主轴2同轴地且轴线纵向水平地安装在机架12上，转翼电机5和主电机1分别前后布置。主轴2的后端与主电机1的输出轴相连，主轴2的中段通过轴承安装在机架12上，主轴2的前端与摆轴3的一端垂直固连。摆轴3的另一端与翼轴4的前端垂直固连。翼轴4与主轴2平行。翼轴4的后段通过轴承与翼齿轮10相连。翼齿轮10的端头与翼片11固连于翼片11的前边的正中处。翼轴4与翼片11在同一平面内。转翼电机5的输出轴与中心齿轮6的端头固连。摆轴套管8通过轴承套装在摆轴3周围，摆轴3能在摆轴套管8内灵活转动，摆轴套管8的一端与摆轴近心齿轮7固连，摆轴套管8的另一端与摆轴远心齿轮9固连。中心齿轮6与摆轴近心齿轮7啮合，传动比为1∶1。摆轴远心齿轮9与翼齿轮10啮合，传动比为1∶1。中心齿轮6与翼齿轮10的传动比为1∶1。中心齿轮6、翼齿轮10、摆轴远心齿轮9和翼齿轮10均采用锥齿轮。组装该水平下拍切向复位的扑翼装置时，确保摆轴3处于主轴2正上方竖直位置时翼片11水平布置。
从主轴2的后端往前端看，该水平下拍切向复位的扑翼装置的工作原理是：下扑起始位置为摆轴3竖直布置于主轴2的正上方，此时翼片11处于水平位置并位于最高处，主电机1驱动主轴2顺时针转动，带动摆轴3顺时针转动，转翼电机5不转动且锁住中心齿轮，由于中心齿轮6与翼齿轮10的传动比为1∶1，在中心齿轮6、摆轴近心齿轮7、摆轴远心齿轮9和翼齿轮10组成的齿轮传动系的作用下，翼齿轮10带动翼片11逆时针转动，保持翼片11处于水平位置下拍，当摆轴3转至主轴2正下方处于竖直位置时主电机1转速变成零，主轴2停止转动，此时翼片11处于最低位置，完成了下扑过程。上扬过程是：从翼片11处于最低位置开始，由控制器控制主电机1反转，主轴2在主电机1的驱动下逆时针转动，带动摆轴3逆时针向上转动，同时启动转翼电机5与主电机1同步逆时针转动，这样一来，中心齿轮6、摆轴近心齿轮7、摆轴远心齿轮9和翼齿轮10不发生相对运动，翼片11与摆轴3保持垂直不变上扬即切向复位。当摆轴3转至主轴2正上方处于竖直位置时主电机1和转翼电机5转速同时变成零，主轴2停止转动，此时翼片11处于最高位置，完成了上扬过程，该装置回到了下扑过程的起始状态。继续重复上述过程，该装置将连续下扑和上扬过程，扑动的角度固定为180°，以实现翼片11的连续水平下拍和切向复位。
该发明装置下扑过程翼片11始终处于水平状态下拍，故能产生较大升力，由于作用力在水平方向几乎没有分量，故产生升力的效率很高。上扬过程翼片11始终保持与摆轴3垂直，翼片11沿翼轴4的运动轨迹圆弧14的切向复位，阻力较小。
本发明水平下拍切向复位的扑翼装置结构简单，效率高，能产生较大的升力，且下扑和上扬时各构件的运动基本上是在过主轴2的铅垂面的右侧完成的，该发明装置占用的空间较小，便于制作结构紧凑的飞行器。

Claims (6)

1.一种水平下拍切向复位的扑翼装置，其特征在于：包括主电机（1）、主轴（2）、摆轴（3）、翼轴（4）、转翼电机（5）、中心齿轮（6）、摆轴近心齿轮（7）、摆轴套管（8）、摆轴远心齿轮（9）、翼齿轮（10）、翼片（11）和机架（12）；翼片（11）为矩形刚性平板；转翼电机（5）和主电机（1）都与主轴（2）同轴地且轴线纵向水平地安装在机架（12）上，转翼电机（5）和主电机（1）分别前后布置；主轴（2）的后端与主电机（1）的输出轴相连，主轴（2）的前端与摆轴（3）的一端垂直固连；摆轴（3）的另一端与翼轴（4）的前端垂直固连；翼轴（4）与主轴（2）平行；翼轴（4）的后段通过轴承与翼齿轮（10）相连；翼齿轮（10）的端头与翼片（11）固连于翼片（11）的前边的正中处；翼轴（4）与翼片（11）在同一平面内；转翼电机（5）的输出轴与中心齿轮（6）的端头固连；摆轴套管（8）通过轴承套装在摆轴（3）周围，摆轴（3）能在摆轴套管（8）内灵活转动，摆轴套管（8）的一端与摆轴近心齿轮（7）固连，摆轴套管（8）的另一端与摆轴远心齿轮（9）固连；中心齿轮（6）与摆轴近心齿轮（7）啮合，摆轴远心齿轮（9）与翼齿轮（10）啮合，中心齿轮（6）与翼齿轮（10）的传动比为1∶1；摆轴（3）处于主轴（2）正上方竖直位置时翼片（11）水平布置。
2.根据权利要求1所述的一种水平下拍切向复位的扑翼装置，其特征在于：控制器能对转翼电机（5）进行停转循环控制，能对主电机（1）进行正反转控制；扑动的角度固定为180°；下扑过程转翼电机（5）不转动且锁住中心齿轮（6）；上扬过程转翼电机（5）与主电机（1）同步转动。
3.根据权利要求1所述的一种水平下拍切向复位的扑翼装置，其特征在于：转翼电机（5）和主电机（1）均采用伺服电机，采用方便充电的锂电池供电。
4.根据权利要求1所述的一种水平下拍切向复位的扑翼装置，其特征在于：中心齿轮（6）、翼齿轮（10）、摆轴远心齿轮（9）和翼齿轮（10）均采用锥齿轮。
5.根据权利要求1或4所述的一种水平下拍切向复位的扑翼装置，其特征在于：中心齿轮（6）与摆轴近心齿轮的传动比为1∶1；摆轴远心齿轮（9）与翼齿轮（10）的传动比为1∶1。
6.根据权利要求1所述的一种水平下拍切向复位的扑翼装置，其特征在于：主轴（2）的中段通过轴承安装在机架（12）上。
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