CN104477389A - 一种微型振翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种微型振翼飞行器，属航空技术领域，包括机身、尾翼、左振翼装置、右振翼装置、电机、齿轮减速器、主轴和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和电源设备。左振翼装置和右振翼装置结构、参数及工作原理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。主轴的两端与左振翼装置和右振翼装置相连。左振翼装置包括转盘、滑块、平动导杆、竖立导杆、直线轴承和翼片。电机的动力经齿轮减速器后传递给主轴，主轴带动左振翼装置和右振翼装置工作，两个翼片平移振动而产生升力和推力，振翼的过程中不会在横向产生水平分力。该飞行器结构简单，效率较高，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。

Description

一种微型振翼飞行器

技术领域

一种微型振翼飞行器，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。

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结构简单的微型振翼飞行器。

一种微型振翼飞行器，包括机身、尾翼、左振翼装置、右振翼装置、电机、齿轮减速器、主轴和起落架。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，机载设备包括拍摄设备。采用锂电池为操控系统、机载设备和电机供电。配置了遥控设备，采用遥控方式飞行。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。起落架采用后三点式轮式起落架。

电机左右居中固定安装在机身内部的下部，其输出轴通过齿轮减速器与主轴相连。主轴横向水平布置，主轴的左右两端通过轴承与机身左右两侧壁相连，主轴的左端与左振翼装置的转盘垂直相连于转盘内侧的中心；主轴的右端与右振翼装置的转盘垂直相连于转盘内侧的中心。左振翼装置的结构是：包括转盘、滑块、平动导杆、竖立导杆、直线轴承和翼片。翼片是非刚性的，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；翼片平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型翼型；翼片水平布置。直线轴承通过轴承座固定安装在机身左侧位于转盘的正上方。滑块安装在转盘外侧的接近边缘处，滑块既能随转盘绕主轴公转还能自转。平动导杆纵向水平布置，并与滑块相连，滑块能沿平动导杆滑动，竖立导杆的下端与平动导杆垂直固连于平动导杆的正中位置；竖立导杆的上端穿过直线轴承伸出上方。翼片靠其根部与竖立导杆相连于竖立导杆的下端接近平动导杆处。

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：电机的动力经齿轮减速器后传递给主轴，主轴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竖立导杆在直线轴承中上下运动，从而带动翼片上下振动。翼片下拍过程，是翼片从最高处往最低处拍的过程，该过程翼片的前缘基本保持水平状态下拍，沿翼展方向翼片相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于翼片是非刚性的，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。翼片上拍过程是翼片从最低位置上扬到最高位置，该过程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。由于翼片是非刚性的，有一定的柔度和弹性，上拍时翼片的后缘也会滞后前缘。由于翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，翼片的后缘滞后前缘的程度大一些。上拍时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。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，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不同的飞行姿态。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共同由一个电机驱动，该飞行器结构简单。左振翼装置的翼片和右振翼装置的翼片的摆动范围独立分开控制，该飞行器飞行机动灵活。

附图说明

图1是本发明一种微型振翼飞行器的俯视示意图，图2是本发明一种微型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-电机；6-齿轮减速器；7-主轴；8-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-转盘，32-滑块，33-平动导杆，34-竖立导杆，35-直线轴承，36-翼片。

具体实施方式

现结合附图1~2对本发明加以具体说明：一种微型振翼飞行器，包括机身1、尾翼2、左振翼装置3、右振翼装置4、电机5、齿轮减速器6、主轴7和起落架8。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，机载设备包括拍摄设备。采用锂电池为操控系统、机载设备和电机5供电。配置了遥控设备，采用遥控方式飞行。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8采用后三点式轮式起落架。

电机5左右居中固定安装在机身1内部的下部，其输出轴通过齿轮减速器6与主轴7相连。主轴7横向水平布置，主轴7的左右两端通过轴承与机身1左右两侧壁相连，主轴7的左端与左振翼装置3的转盘31垂直相连于转盘31内侧的中心；主轴7的右端与右振翼装置4的转盘垂直相连于转盘内侧的中心。左振翼装置3的结构是：包括转盘31、滑块32、平动导杆33、竖立导杆34、直线轴承35和翼片36。翼片36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；翼片36平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型翼型；翼片36水平布置。直线轴承35通过轴承座固定安装在机身1左侧位于转盘31的正上方。滑块32安装在转盘31外侧的接近边缘处，滑块32既能随转盘31绕主轴7公转还能自转。平动导杆33纵向水平布置，并与滑块32相连，滑块32能沿平动导杆33滑动，竖立导杆34的下端与平动导杆33垂直固连于平动导杆33的正中位置；竖立导杆34的上端穿过直线轴承35伸出上方。翼片36靠其根部与竖立导杆34相连于竖立导杆34的下端接近平动导杆33处。

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5的动力经齿轮减速器6后传递给主轴7，主轴7带动转盘31顺时针方向旋转，在转盘31上的滑块32的带动下平动导杆33作上下反复运动再带动竖立导杆34在直线轴承35中上下运动，从而带动翼片36上下振动。翼片36下拍过程，是翼片36从最高处往最低处拍的过程，该过程翼片36的前缘基本保持水平状态下拍，沿翼展方向翼片36相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于翼片36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。由于翼片36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。翼片36上拍过程是翼片36从最低位置上扬到最高位置，该过程翼片36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。由于翼片36是非刚性的，有一定的柔度和弹性，上拍时翼片36的后缘也会滞后前缘。由于翼片36的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，翼片36的后缘滞后前缘的程度大一些。上拍时翼片36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。翼片36振动的快慢是通过控制电机5的转速进行调节的。翼片36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。

为该飞行器更加灵活机动，两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不同的飞行姿态。

左振翼装置3和右振翼装置4共同由一个电机5驱动，该飞行器结构简单。左振翼装置3的翼片36和右振翼装置4的翼片的摆动范围独立分开控制，该飞行器飞行机动灵活。

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的两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。

该飞行器机身采用碳纤维等轻质材料制作，最大尺寸不超过15cm。

本发明一种微型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 (8)

1.一种微型振翼飞行器，其特征在于：包括机身（1）、尾翼（2）、左振翼装置（3）、右振翼装置（4）、电机（5）、齿轮减速器（6）、主轴（7）和起落架（8）；机身（1）内配有操控系统、机载设备和电源设备；采用锂电池为操控系统、机载设备和电机（5）供电；配置了遥控设备，采用遥控方式飞行；左振翼装置（3）和右振翼装置（4）的结构、参数和工作原理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；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；电机（5）安装在机身（1）内部，其输出轴通过齿轮减速器（6）与主轴（7）相连；主轴（7）横向水平布置，主轴（7）的左右两端通过轴承与机身（1）左右两侧壁相连，主轴（7）的左端与左振翼装置（3）的转盘（31）垂直相连于转盘（31）内侧的中心；主轴（7）的右端与右振翼装置（4）的转盘垂直相连于转盘内侧的中心；左振翼装置（3）的结构是：包括转盘（31）、滑块（32）、平动导杆（33）、竖立导杆（34）、直线轴承（35）和翼片（36）；翼片（36）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；翼片（36）水平布置；直线轴承（35）通过轴承座固定安装在机身（1）左侧位于转盘（31）的正上方；滑块（32）安装在转盘（31）外侧的接近边缘处，滑块（32）既能随转盘（31）绕主轴（7）公转还能自转；平动导杆（33）纵向水平布置，并与滑块（32）相连，滑块（32）能沿平动导杆（33）滑动，竖立导杆（34）的下端与平动导杆（33）垂直固连于平动导杆（33）的正中位置；竖立导杆（34）的上端穿过直线轴承（35）伸出上方；翼片（36）靠其根部与竖立导杆（34）相连于竖立导杆（34）的下端接近平动导杆（33）处。

2. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，其特征在于：所有翼片平面形状呈矩形，翼型都采用上凸下凹型或上凸下平型翼型。

3. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，其特征在于：两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。

4. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，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。

5. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，其特征在于：机上和地面配置匹配的遥控设备。

6. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，其特征在于：起落架（8）采用后三点式轮式起落架。

7. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，其特征在于：两个翼片的根部均装有攻角限位器，采用舵机控制；左振翼装置（3）的翼片（36）和右振翼装置（4）的翼片的摆动范围独立分开控制。

8. 根据权利要求1所述的一种微型振翼飞行器，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。