CN104494824B - 一种双发旋转平拍类扑翼机 - Google Patents

Abstract

一种双发旋转平拍类扑翼机，属航空技术领域，包括机身、尾翼、左旋转平拍翼装置、右旋转平拍翼装置和起落架。左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置结构、参数和工作原理相同对称布置。尾翼用来控制仰俯和转弯飞行姿态。右旋转平拍翼装置包括主轴、转臂、第一翼轴、第二翼轴、第一翼片、第二翼片、前同步带传动机构和后同步带传动机构。前中心同步轮和后中心同步轮同轴固定安装。前中心同步轮和前翼同步轮的传动比为1∶1，后中心同步轮和后翼同步轮的传动比也为1∶1。所有翼片的前缘始终处于水平位置。所有翼片在上下拍动的过程中不会在翼展方向产生分力，效率较高。该类扑翼机用于航拍、地理测量、农林作业、军事侦查和抢险救灾等任务。

Description

一种双发旋转平拍类扑翼机

技术领域

一种双发旋转平拍类扑翼机，属航空技术领域，尤其涉及一种类扑翼机。

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，存在换向过程，动作连贯性差。

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双发旋转平拍类扑翼机。

一种双发旋转平拍类扑翼机，包括机身、尾翼、左旋转平拍翼装置、右旋转平拍翼装置和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和能源设备，该类扑翼机飞行姿态由操控系统操纵，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备。配置了遥控设备，采用遥控方式飞行。尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼由前段的固定部分即水平安定面和后段活动部分即升降舵组成，垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成。升降舵在操纵系统的操控下能上下偏转，向上偏转会使该飞机抬头，实现上仰；升降舵向下偏转会使该飞机低头，实现下俯。方向舵在操纵系统的操控下左右偏转，能使该飞机向左或向右偏航。左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身的左右两侧分别安装在机身的左支架和右支架上，为该类扑翼机提供升力和推力。起落架采用后三点式轮式起落架。

右旋转平拍翼装置的具体结构是：它包括发动机、主轴、转臂、第一翼轴、第二翼轴、第一翼片、第二翼片、前同步带传动机构和后同步带传动机构。第一翼片和第二翼片结构相同，它们是非刚性的具有弹性，平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型，它们的前缘比后缘厚实些。前同步带传动机构和后同步带传动机构结构相同，前同步带传动机构由前中心同步轮、前同步带和前翼同步轮，后同步带传动机构由后中心同步轮、后同步带和后翼同步轮。前中心同步轮和前翼同步轮的传动比为1∶1，后中心同步轮和后翼同步轮的传动比也为1∶1。前中心同步轮固定安装在右支架的后侧，后中心同步轮与前中心同步轮同轴安装固连于前中心同步轮的后端。发动机固定安装在右支架的前侧，主轴纵向水平布置，主轴的前段穿着后中心同步轮的中心孔并通过轴承与前中心同步轮相连于前中心同步轮的中心孔内，主轴能在后中心同步轮的中心孔和前中心同步轮的中心孔内灵活转动，主轴的前端与发动机的经减速后的输出轴相连，主轴的后端与转臂垂直固连于转臂的正中位置，转臂的两端分别通过轴承与第一翼轴和第二翼轴垂直相连。主轴、转臂、第一翼轴和第二翼轴四者处于同一平面内。第一翼轴的前端与前翼同步轮固连，第一翼轴为前翼同步轮的转轴，第一翼轴的后端与第一翼片固连于第一翼片的前边正中位置，第一翼轴与第一翼片的前边垂直，第一翼轴与第一翼片在同一平面内。第二翼轴的前端与后翼同步轮固连，第二翼轴为后翼同步轮的转轴，第二翼轴的后端与第二翼片固连于第二翼片的前边正中位置，第二翼轴与第二翼片的前边垂直，第二翼轴与第二翼片在同一平面内。前翼同步轮与前中心同步轮通过前同步带相连；后翼同步轮与后中心同步轮通过后同步带相连。转臂、前同步带的转动平面和后同步带的转动平面三者相互平行。组装右旋转平拍翼装置时，使转臂水平布置时，第一翼片和第二翼片都处于水平状态，且转臂、第一翼片和第二翼片三者处于同一水平面内，这样一来，由于前中心同步轮和后中心同步轮都是固定的，且前中心同步轮与前翼同步轮的传动比为1∶1，后中心同步轮与后翼同步轮的传动比也为1∶1，转臂绕主轴转动时，第一翼片和第二翼片在绕主轴公转的同时分别在前翼同步轮和后同步轮的带动下会反方向自转，转臂转动到任何位置第一翼片的前缘和第二翼片的前缘都会处于水平位置。为减少能量损失，转臂的截面做成翼型，翼型转臂能起螺旋桨作用，调整好功角，转动时会产生拉力。

从该类扑翼机的尾端往前端看，右旋转平拍翼装置的工作原理是：假设起始位置为第一翼片和第二翼片同处于过主轴的水平面内，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，由于前中心同步轮和后中心同步轮都是固定的，且前中心同步轮与前翼同步轮的传动比为1∶1，后中心同步轮与后翼同步轮的传动比也为1∶1，第一翼片和第二翼片在绕主轴公转的同时分别在前翼同步轮和后翼同步轮的带动下逆时针方向自转，第一翼片下拍，其前缘保持水平状态，沿翼展方向第一翼片相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍；第二翼片上拍，其前缘也保持水平状态，沿翼展方向第二翼片相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。发动机连续转动，第一翼片和第二翼片交替进行下拍和上拍，由于第一翼片和第二翼片是非刚性的，有一定的柔度和弹性，第一翼片和第二翼片在下拍中途后缘要滞后前缘一些，上拍中途后缘要滞后前缘一些，由于它们的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，它们下拍会产生较大的向上的升力和较小的向前的推力；与下拍相比，上拍时，它们的后缘滞后前缘的程度大一些，上拍时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类扑翼机前行的速度有关，前行速度越快，产生的升力越大；它们产生升力和推力来维持该类扑翼机飞行。下拍过程是在过主轴的纵向铅垂面的右侧完成的，上拍过程是在过主轴的纵向铅垂面的左侧完成的。第一翼片和第二翼片在上下拍动的过程中基本上不会在翼展方向即横向产生水平分力，效率较高。

左旋转平拍翼装置的工作原理与右旋转平拍翼装置的工作原理相同，左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置转动的方向相反，从该类扑翼机的尾端往前端看，左旋转平拍翼装置的主轴的转动方向是逆时针的。左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置独立控制或联动控制，独立控制机动性强些，联动控制稳定性好些。

附图说明

图1是本发明一种双发旋转平拍类扑翼机的后视示意图，此图中，左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置都处于水平位置；图2是图1的俯视示意图；图3是图1中放大了的右旋转平拍翼装置的示意图；图4是图2中放大了的右旋转平拍翼装置的示意图；图5是放大了的右旋转平拍翼装置旋转过程的后视示意图，图中虚线表示右旋转拍翼装置所处的不同位置。

图中，1-机身，11-左支架，12-右支架；2-尾翼，21-水平尾翼，22-垂直尾翼；3-左旋转平拍翼装置；4-右旋转平拍翼装置，40-发动机，41-主轴，42-转臂，43-第一翼轴，44-第二翼轴，45-第一翼片，451-第一翼片的前缘，452-第一翼片的后缘，46-第二翼片，461-第二翼片的前缘，462-第二翼片的后缘，47-前同步带传动机构，471-前中心同步轮，472-前同步带，473-前翼同步轮；48-后同步带传动机构，481-后中心同步轮，482-后同步带，483-后翼同步轮；5-起落架。

具体实施方式

现结合附图1~5对本发明加以具体说明：一种双发旋转平拍类扑翼机，包括机身1、尾翼2、左旋转平拍翼装置3、右旋转平拍翼装置4和起落架5。机身1内配有操控系统、机载设备和能源设备，该类扑翼机飞行姿态由操控系统操纵，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备。能源设备包括锂电池及两台发动机用能源。两台发动机相同，它们采用内燃机或电动机，采用内燃机时用汽油作燃料，采用电动机时由锂电池供电，由电子调速器调节电动机转速。尾翼2包括水平尾翼21和垂直尾翼22，水平尾翼21由前段的固定部分即水平安定面和后段活动部分即升降舵组成，垂直尾翼22由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成。升降舵在操纵系统的操控下能上下偏转，向上偏转会使该飞机抬头，实现上仰；升降舵向下偏转会使该飞机低头，实现下俯。方向舵在操纵系统的操控下左右偏转，能使该飞机向左或向右偏航。左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身1的左右两侧分别安装在机身1的左支架11和右支架12上，为该类扑翼机提供升力和推力。起落架5采用后三点式轮式起落架。

右旋转平拍翼装置4的具体结构是：它包括发动机40、主轴41、转臂42、第一翼轴43、第二翼轴44、第一翼片45、第二翼片46、前同步带传动机构47和后同步带传动机构48。第一翼片45和第二翼片46结构相同，它们是非刚性的具有弹性，平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型，它们的前缘比后缘厚实些。前同步带传动机构47和后同步带传动机构48结构相同，前同步带传动机构47由前中心同步轮471、前同步带472和前翼同步轮473，后同步带传动机构48由后中心同步轮481、后同步带482和后翼同步轮483。前中心同步轮471和前翼同步轮473的传动比为1∶1，后中心同步轮481和后翼同步轮483的传动比也为1∶1。前中心同步轮471固定安装在右支架12的后侧，后中心同步轮481与前中心同步轮471同轴安装固连于前中心同步轮471的后端。发动机40固定安装在右支架12的前侧，主轴41纵向水平布置，主轴41的前段穿着后中心同步轮481的中心孔并通过轴承与前中心同步轮471相连于前中心同步轮471的中心孔内，主轴41能在后中心同步轮481的中心孔和前中心同步轮471的中心孔内灵活转动，主轴41的前端与发动机40的经减速后的输出轴相连，主轴41的后端与转臂42垂直固连于转臂42的正中位置，转臂42的两端分别通过轴承与第一翼轴43和第二翼轴44垂直相连。主轴41、转臂42、第一翼轴43和第二翼轴44四者处于同一平面内。第一翼轴43的前端与前翼同步轮473固连，第一翼轴43为前翼同步轮473的转轴，第一翼轴43的后端与第一翼片45固连于第一翼片45的前边正中位置，第一翼轴43与第一翼片45的前边垂直，第一翼轴43与第一翼片45在同一平面内。第二翼轴44的前端与后翼同步轮483固连，第二翼轴44为后翼同步轮483的转轴，第二翼轴44的后端与第二翼片46固连于第二翼片46的前边正中位置，第二翼轴44与第二翼片46的前边垂直，第二翼轴44与第二翼片46在同一平面内。前翼同步轮473与前中心同步轮471通过前同步带472相连；后翼同步轮483与后中心同步轮481通过后同步带482相连。转臂42、前同步带472的转动平面和后同步带482的转动平面三者相互平行。组装右旋转平拍翼装置4时，使转臂42水平布置时，第一翼片45和第二翼片46都处于水平状态，且转臂42、第一翼片45和第二翼片46三者处于同一水平面内，这样一来，由于前中心同步轮471和后中心同步轮481都是固定的，且前中心同步轮471与前翼同步轮473的传动比为1∶1，后中心同步轮481与后翼同步轮483的传动比也为1∶1，转臂42绕主轴41转动时，第一翼片45和第二翼片46在绕主轴41公转的同时分别在前翼同步轮473和后同步轮483的带动下会反方向自转，转臂42转动到任何位置第一翼片的前缘451和第二翼片的前缘461都会处于水平位置。为减少能量损失，转臂42的截面做成翼型，翼型转臂能起螺旋桨作用，调整好功角，转动时会产生拉力。

从该类扑翼机的尾端往前端看，右旋转平拍翼装置4的工作原理是：假设起始位置为第一翼片45和第二翼片46同处于过主轴41的水平面内，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，由于前中心同步轮471和后中心同步轮481都是固定的，且前中心同步轮471与前翼同步轮473的传动比为1∶1，后中心同步轮481与后翼同步轮483的传动比也为1∶1，第一翼片45和第二翼片46在绕主轴41公转的同时分别在前翼同步轮473和后翼同步轮483的带动下逆时针方向自转，第一翼片45下拍，其前缘451保持水平状态，沿翼展方向第一翼片45相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍；第二翼片46上拍，其前缘461也保持水平状态，沿翼展方向第二翼片46相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。发动机40连续转动，第一翼片45和第二翼片46交替进行下拍和上拍，由于第一翼片45和第二翼片46是非刚性的，有一定的柔度和弹性，第一翼片45和第二翼片46在下拍中途后缘要滞后前缘一些，上拍中途后缘要滞后前缘一些，由于它们的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，它们下拍会产生较大的向上的升力和较小的向前的推力；与下拍相比，上拍时，它们的后缘滞后前缘的程度大一些，上拍时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类扑翼机前行的速度有关，前行速度越快，产生的升力越大；它们产生升力和推力来维持该类扑翼机飞行。下拍过程是在过主轴41的纵向铅垂面的右侧完成的，上拍过程是在过主轴41的纵向铅垂面的左侧完成的。第一翼片45和第二翼片46在上下拍动的过程中基本上不会在翼展方向即横向产生水平分力，效率较高。

左旋转平拍翼装置3的工作原理与右旋转平拍翼装置4的工作原理相同，左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4转动的方向相反，从该类扑翼机的尾端往前端看，左旋转平拍翼装置3的主轴的转动方向是逆时针的。左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4独立控制或联动控制，独立控制机动性强些，联动控制稳定性好些。

该类扑翼机的机身1采用铝合金或钛合金等硬度高的轻质材料制作。所有翼片的蒙皮采用碳纤维材料。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，该类扑翼机能实现遥控飞行。

该类扑翼机采用手投方式起飞或采用跑道滑行方式起飞；将四个翼片锁定在同一高度位置，并将升降舵向上偏转，有利于该类扑翼机滑翔或降落，提高安全性。

本发明一种双发旋转平拍类扑翼机可用于航拍、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)

1.一种双发旋转平拍类扑翼机，包括机身（1）、尾翼（2）、左旋转平拍翼装置（3）、右旋转平拍翼装置（4）和起落架（6），机身（1）内配有操控系统、机载设备和能源设备，其特征在于：尾翼（2）包括水平尾翼（21）和垂直尾翼（22），水平尾翼（21）由前段的水平安定面和后段的升降舵组成，垂直尾翼（22）由前段的垂直安定面和后段的方向舵组成；左旋转平拍翼装置（3）和右旋转平拍翼装置（4）结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身（1）的左右两侧分别安装在机身（1）的左支架（11）和右支架（12）上；

右旋转平拍翼装置（4）包括发动机（40）、主轴（41）、转臂（42）、第一翼轴（43）、第二翼轴（44）、第一翼片（45）、第二翼片（46）、前同步带传动机构（47）和后同步带传动机构（48）；第一翼片（45）和第二翼片（46）结构相同；前同步带传动机构（47）和后同步带传动机构（48）结构相同，前同步带传动机构（47）由前中心同步轮（471）、前同步带（472）和前翼同步轮（473），后同步带传动机构（48）由后中心同步轮（481）、后同步带（482）和后翼同步轮（483）；前中心同步轮（471）和前翼同步轮（473）的传动比为1∶1，后中心同步轮（481）和后翼同步轮（483）的传动比也为1∶1；前中心同步轮（471）固定安装在右支架（12）的后侧，后中心同步轮（481）与前中心同步轮（471）同轴安装固连于前中心同步轮（471）的后端；发动机（40）固定安装在右支架（12）的前侧，主轴（41）纵向水平布置，主轴（41）的前段穿着后中心同步轮（481）的中心孔并通过轴承与前中心同步轮（471）相连于前中心同步轮（471）的中心孔内，主轴（41）能在后中心同步轮（481）的中心孔和前中心同步轮（471）的中心孔内灵活转动，主轴（41）的前端与发动机（40）的经减速后的输出轴相连，主轴（41）的后端与转臂（42）垂直固连于转臂（42）的正中位置，转臂（42）的两端分别通过轴承与第一翼轴（43）和第二翼轴（44）垂直相连；主轴（41）、转臂（42）、第一翼轴（43）和第二翼轴（44）四者处于同一平面内；第一翼轴（43）的前端与前翼同步轮（473）固连，第一翼轴（43）为前翼同步轮（473）的转轴，第一翼轴（43）的后端与第一翼片（45）固连于第一翼片（45）的前边正中位置，第一翼轴（43）与第一翼片（45）的前边垂直，第一翼轴（43）与第一翼片（45）在同一平面内；第二翼轴（44）的前端与后翼同步轮（483）固连，第二翼轴（44）为后翼同步轮（483）的转轴，第二翼轴（44）的后端与第二翼片（46）固连于第二翼片（46）的前边正中位置，第二翼轴（44）与第二翼片（46）的前边垂直，第二翼轴（44）与第二翼片（46）在同一平面内；前翼同步轮（473）与前中心同步轮（471）通过前同步带（472）相连；后翼同步轮（483）与后中心同步轮（481）通过后同步带（482）相连；转臂（42）、前同步带（472）的转动平面和后同步带（482）的转动平面三者相互平行；转臂（42）处于水平位置时，第一翼片（45）和第二翼片（46）都处于水平状态，且转臂（42）、第一翼片（45）和第二翼片（46）三者处于同一水平面内；

左旋转平拍翼装置（3）和右旋转平拍翼装置（4）独立控制或联动控制。

2.根据权利要求1所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，其特征在于：两台发动机相同，它们采用内燃机或电动机，采用内燃机时用汽油作燃料，采用电动机时由锂电池供电，由电子调速器调节电动机转速。

3.根据权利要求1所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，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所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，其特征在于：左旋转平拍翼装置（3）的转臂和右旋转平拍翼装置（4）的转臂（42）结构相同，它们的截面为翼型。

5.根据权利要求1所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，其特征在于：所有翼片的蒙皮采用碳纤维材料。

6.根据权利要求1所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，其特征在于：所有翼片结构相同，它们是非刚性的具有弹性，平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型。

7.根据权利要求1所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，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。

8.根据权利要求1所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，其特征在于：机上和地面配置匹配的遥控设备，该类扑翼机能实现遥控飞行。

9.根据权利要求1或6所述的一种双发旋转平拍类扑翼机，其特征在于：四个翼片能被锁定在同一高度位置。