CN104494826A - 一种单发旋转平拍类扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，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、动力装置和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和电源设备。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。动力驱动左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置同速反向旋转。右旋转平拍翼装置包括主轴、转臂、翼轴、翼片、中心同步轮、同步带和翼同步轮。中心同步轮和翼同步轮的传动比为1∶1。中心同步轮固定安装。翼片的前缘始终处于水平位置。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。该飞行器用于航拍、地理测量、农林作业、军事侦查和抢险救灾等任务。

Description

一种单发旋转平拍类扑翼飞行器

技术领域

一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，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。

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单发旋转平拍类扑翼飞行器。

一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，包括机身、尾翼、左旋转平拍翼装置、右旋转平拍翼装置、动力装置和起落架。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纵，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、机载设备和动力装置的电机供电。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。左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置结构和参数相同对称布置于机身的左右两侧。尾翼包括尾翼片、横向转摆舵机和纵向转摆舵机。纵向转摆舵机在操控系统的控制下对尾翼片进行纵向转摆控制，能使尾翼片向上或向下偏转，起升降舵的作用。操控前行中该飞行器的尾翼片向上偏转会使该飞行器抬头，实现上仰；向下偏转会使该飞行器低头，实现下俯。横向转摆舵机在操控系统的控制下对尾翼片进行横向转摆控制，能使尾翼片向左或向右倾斜，与纵向转摆舵机配合使用能改变该飞行器的航向。起落架采用后三点式轮式起落架。

动力装置包括发动机、齿轮组、结构相同的左链传动装置和右链传动装置。发动机采用电机。电机和齿轮组安装在机身内，左链传动装置安装在机身左侧的左支架上，右链传动装置安装在机身右侧的右支架上。电机的动力通过齿轮组分配后分别通过左链传动装置和右链传动装置传递给左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置，左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置的转速相同转向相反。左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置结构和工作原理都相同，它们对称布置在机身的左右两侧。左旋转平拍翼装置通过本身的中心同步轮安装在左支架上，左旋转平拍翼装置的主轴的前端与动力装置的左链传动装置的从动轮相连；右旋转平拍翼装置通过本身的中心同步轮安装在右支架上，右旋转平拍翼装置的主轴的前端与动力装置的右链传动装置的从动轮相连。

右旋转平拍翼装置的具体结构是：右旋转平拍翼装置包括主轴、转臂、翼轴、翼片、中心同步轮、同步带和翼同步轮。中心同步轮和翼同步轮的传动比为1∶1。中心同步轮固定安装在右支架的后侧。主轴纵向水平布置，主轴的前段通过轴承与中心同步轮相连于中心同步轮的中心孔内，主轴能在该中心孔内灵活转动，主轴也是动力装置的右链传动装置的从动轮的转轴，主轴的后端与转臂垂直固连，转臂的另一端通过轴承与翼轴垂直相连。主轴、转臂和翼轴三者处于同一平面内。翼轴的前端与翼同步轮固连，翼轴的后端与翼片固连于翼片的前边正中位置，翼轴与翼片的前边垂直，翼轴与翼片在同一平面内。翼同步轮与中心同步轮通过同步带相连。转臂与同步带的转动平面平行。翼片是非刚性的，平面形状呈矩形；翼片的翼型采用上凸下凹型或上凸下平型；翼片的前缘比翼片的后缘厚得多，靠近翼片的前缘的部分较硬，靠近翼片的后缘的部分较软，且有弹性。组装右旋转平拍翼装置时，使其翼片的起始位置处于水平状态，这样一来，由于中心同步轮是固定的，且中心同步轮与翼同步轮的传动比为1∶1，转臂绕主轴转动时，翼片在绕主轴公转的同时在翼同步轮的带动下会反方向自转，转臂转动到任何位置时翼片的前缘都会处于水平位置。

从该飞行器的尾端往前端看，右旋转平拍翼装置的工作原理是：下扑过程：起始位置为翼片处于最高位置，在操控系统的控制下，启动电机，在动力装置的驱动下，主轴顺时针转动，带动转臂顺时针转动，由于中心同步轮是固定的，且中心同步轮与翼同步轮的传动比为1∶1，翼片在绕主轴公转的同时在翼同步轮的带动下逆时针方向自转，翼片的前缘保持水平位置下拍，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，翼片下拍中途翼片的后缘要滞后翼片的前缘一些。由于翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，翼片下拍产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。下扑过程是在过主轴的纵向铅垂面的右侧完成的。上扑过程：从翼片处于最低位置开始，随着电机的继续转动，在动力装置的驱动下，主轴继续顺时针转动，带动转臂继续顺时针转动，由于中心同步轮是固定的，且中心同步轮与翼同步轮的传动比为1∶1，翼片在绕主轴公转的同时在翼同步轮的带动下继续逆时针方向自转，翼片的前缘保持水平位置上拍，沿翼展方向翼片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，翼片上拍中途翼片的后缘也会滞后翼片的前缘。由于翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，翼片的后缘滞后翼片的前缘的程度大一些。上拍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。产生升力的大小与该飞行器前行的速度有关。上扑过程是在过主轴的纵向铅垂面的左侧完成的。翼片旋转拍动的快慢是通过控制电机的转速进行调节的。

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同步扑动即同时下扑或同时上扑。从该飞行器的尾端往前端看，左旋转平拍翼装置的主轴的旋转方向为逆时针方向。

电机连续转动，动力装置连续驱动左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置同步反向旋转，产生足够的升力和推力维持该飞行器飞行。翼片在上下拍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。

附图说明

图1是本发明一种单发旋转平拍类扑翼飞行器的后视示意图，此图中，左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置处于下扑过程中，两个翼片都处于下拍中，它们的前缘朝下，后缘朝上；图2是图1的俯视示意图；图3是本发明一种单发旋转平拍类扑翼飞行器的左旋转平拍翼装置和右旋转平拍翼装置处于上扑过程时的后视示意图，图中，两个翼片都处于上拍过程中，它们的前缘朝上，后缘朝下；图4是图1中放大了的右旋转平拍翼装置的示意图；图5是图2中放大了的右旋转平拍翼装置的示意图；图6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-尾翼片，22-横向转摆舵机，23-纵向转摆舵机；3-左旋转平拍翼装置；4-右旋转平拍翼装置，41-主轴，42-转臂，43-翼轴，44-翼片，441-翼片的前缘，442-翼片的后缘，45-中心同步轮，46-同步带，47-翼同步轮；5-动力装置，51-电机，52-齿轮组，53-左链传动装置，54-右链传动装置；6-起落架。

具体实施方式

现结合附图1~6对本发明加以具体说明：一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，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、动力装置5和起落架6。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纵，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、机载设备和动力装置5的电机51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。左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4结构和参数相同对称布置于机身1的左右两侧。尾翼2包括尾翼片21、横向转摆舵机22和纵向转摆舵机23。纵向转摆舵机23在操控系统的控制下对尾翼片21进行纵向转摆控制，能使尾翼片21向上或向下偏转，起升降舵的作用。操控前行中该飞行器的尾翼片21向上偏转会使该飞行器抬头，实现上仰；向下偏转会使该飞行器低头，实现下俯。横向转摆舵机22在操控系统的控制下对尾翼片21进行横向转摆控制，能使尾翼片21向左或向右倾斜，与纵向转摆舵机23配合使用能改变该飞行器的航向。起落架6采用后三点式轮式起落架。

动力装置5包括发动机、齿轮组52、结构相同的左链传动装置53和右链传动装置54，发动机采用电机。电机51和齿轮组52安装在机身1内，左链传动装置53安装在机身1左侧的左支架11上，右链传动装置54安装在机身1右侧的右支架12上。电机51的动力通过齿轮组52分配后分别通过左链传动装置53和右链传动装置54传递给左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4，左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4的转速相同转向相反。左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4结构和工作原理都相同，它们对称布置在机身1的左右两侧。左旋转平拍翼装置3通过本身的中心同步轮安装在左支架11上，左旋转平拍翼装置3的主轴的前端与动力装置5的左链传动装置53的从动轮相连；右旋转平拍翼装置4通过本身的中心同步轮45安装在右支架12上，右旋转平拍翼装置4的主轴41的前端与动力装置5的右链传动装置54的从动轮相连。

右旋转平拍翼装置4的具体结构是：右旋转平拍翼装置4包括主轴41、转臂42、翼轴43、翼片44、中心同步轮45、同步带46和翼同步轮47。中心同步轮45和翼同步轮47的传动比为1∶1。中心同步轮45固定安装在右支架12的后侧。主轴41纵向水平布置，主轴41的前段通过轴承与中心同步轮45相连于中心同步轮45的中心孔内，主轴41能在该中心孔内灵活转动，主轴41也是动力装置5的右链传动装置54的从动轮的转轴，主轴41的后端与转臂42垂直固连，转臂42的另一端通过轴承与翼轴43垂直相连。主轴41、转臂42和翼轴43三者处于同一平面内。翼轴43的前端与翼同步轮47固连，翼轴43的后端与翼片44固连于翼片44的前边正中位置，翼轴43与翼片44的前边垂直，翼轴43与翼片44在同一平面内。翼同步轮47与中心同步轮45通过同步带46相连。转臂42与同步带46的转动平面平行。翼片44是非刚性的，平面形状呈矩形；翼片44的翼型采用上凸下凹型或上凸下平型；翼片的前缘441比翼片的后缘442厚得多，靠近翼片的前缘441的部分较硬，靠近翼片的后缘442的部分较软，且有弹性。组装右旋转平拍翼装置4时，使其翼片44的起始位置处于水平状态，这样一来，由于中心同步轮45是固定的，且中心同步轮45与翼同步轮47的传动比为1∶1，转臂42绕主轴41转动时，翼片44在绕主轴41公转的同时在翼同步轮47的带动下会反方向自转，转臂42转动到任何位置时翼片44的前缘都会处于水平位置。

从该飞行器的尾端往前端看，右旋转平拍翼装置4的工作原理是：下扑过程：起始位置为翼片44处于最高位置，在操控系统的控制下，启动电机51，在动力装置5的驱动下，主轴41顺时针转动，带动转臂42顺时针转动，由于中心同步轮45是固定的，且中心同步轮45与翼同步轮47的传动比为1∶1，翼片44在绕主轴41公转的同时在翼同步轮47的带动下逆时针方向自转，翼片的前缘441保持水平位置下拍，沿翼展方向翼片44相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于翼片44是非刚性的，有一定的柔度和弹性，翼片44下拍中途翼片的后缘442要滞后翼片的前缘441一些。由于翼片44的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，翼片44下拍产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。下扑过程是在过主轴41的纵向铅垂面的右侧完成的。上扑过程：从翼片44处于最低位置开始，随着电机51的继续转动，在动力装置5的驱动下，主轴41继续顺时针转动，带动转臂42继续顺时针转动，由于中心同步轮45是固定的，且中心同步轮45与翼同步轮47的传动比为1∶1，翼片44在绕主轴41公转的同时在翼同步轮47的带动下继续逆时针方向自转，翼片的前缘441保持水平位置上拍，沿翼展方向翼片44相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。由于翼片44是非刚性的，有一定的柔度和弹性，翼片44上拍中途翼片的后缘442也会滞后翼片的前缘441。由于翼片44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442滞后翼片的前缘441的程度大一些。上拍翼片44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，前行速度越快产生的升力越大。上扑过程是在过主轴41的纵向铅垂面的左侧完成的。翼片44旋转拍动的快慢是通过控制电机51的转速进行调节的。

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同步扑动即同时下扑或同时上扑。从该飞行器的尾端往前端看，左旋转平拍翼装置3的主轴的旋转方向为逆时针方向。

电机51连续转动，动力装置5连续驱动左旋转平拍翼装置3和右旋转平拍翼装置4同步反向旋转，产生足够的升力和推力维持该飞行器飞行。两个翼片在上下拍动的过程中不会在翼展方向即横向产生水平分力，该飞行器效率较高。

该飞行器的机身1采用铝合金或钛合金等硬度高的轻质材料制作。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；将两个翼片锁定在高于该飞行器的重心的同一高度，方便该飞行器滑翔或降落。

本发明一种单发旋转平拍类扑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 (7)

1.一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，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）、动力装置（5）和起落架（6），机身（1）内配有操控系统、机载设备和电源设备，其特征在于：机身（1）内配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备；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对称布置于机身（1）的左右两侧；尾翼（2）包括尾翼片（21）、横向转摆舵机（22）和纵向转摆舵机（23）；动力装置（5）包括发动机、齿轮组（52）、结构相同的左链传动装置（53）和右链传动装置（54），发动机采用电机；电机（51）和齿轮组（52）安装在机身（1）内，左链传动装置（53）安装在机身（1）左侧的左支架（11）上，右链传动装置（54）安装在机身（1）右侧的右支架（12）上；电机（51）的动力通过齿轮组（52）分配后分别通过左链传动装置（53）和右链传动装置（54）传递给左旋转平拍翼装置（3）和右旋转平拍翼装置（4），左旋转平拍翼装置（3）和右旋转平拍翼装置（4）的转速相同转向相反；左旋转平拍翼装置（3）通过本身的中心同步轮安装在左支架（11）上，左旋转平拍翼装置（3）的主轴的前端与动力装置（5）的左链传动装置（53）的从动轮相连；右旋转平拍翼装置（4）通过本身的中心同步轮（45）安装在右支架（12）上，右旋转平拍翼装置（4）的主轴（41）的前端与动力装置（5）的右链传动装置（54）的从动轮相连；

右旋转平拍翼装置（4）的具体结构是：右旋转平拍翼装置（4）包括主轴（41）、转臂（42）、翼轴（43）、翼片（44）、中心同步轮（45）、同步带（46）和翼同步轮（47）；中心同步轮（45）和翼同步轮（47）的传动比为1∶1；中心同步轮（45）固定安装在右支架（12）的后侧；主轴（41）纵向水平布置，主轴（41）的前段通过轴承与中心同步轮（45）相连于中心同步轮（45）的中心孔内，主轴（41）能在该中心孔内灵活转动，主轴（41）也是动力装置（5）的右链传动装置（54）的从动轮的转轴，主轴（41）的后端与转臂（42）垂直固连，转臂（42）的另一端通过轴承与翼轴（43）垂直相连；主轴（41）、转臂（42）和翼轴（43）三者处于同一平面内；翼轴（43）的前端与翼同步轮（47）固连，翼轴（43）的后端与翼片（44）固连于翼片（44）的前边正中位置，翼轴（43）与翼片（44）的前边垂直，翼轴（43）与翼片（44）在同一平面内；翼同步轮（47）与中心同步轮（45）通过同步带（46）相连；转臂（42）与同步带（46）的转动平面平行；翼片（44）是非刚性的；翼片的前缘（441）比翼片的后缘（442）厚得多，靠近翼片的前缘（441）的部分较硬，靠近翼片的后缘（442）的部分较软，且有弹性；翼片（44）的起始位置处于水平状态。

2.根据权利要求1所述的一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，其特征在于：采用锂电池为操控系统、机载设备和动力装置（5）的电机（51）供电。

3. 根据权利要求1所述的一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，其特征在于：起落架（6）采用后三点式轮式起落架。

4. 根据权利要求1所述的一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，其特征在于：机身（1）采用硬度高的轻质材料制作；所有翼片的蒙皮采用碳纤维材料。

5. 根据权利要求1所述的一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，其特征在于：翼片（44）平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型。

6. 根据权利要求1所述的一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，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。

7. 根据权利要求1所述的一种单发旋转平拍类扑翼飞行器，其特征在于：两个翼片能被锁定在高于该飞行器的重心的同一高度位置。