CN104494827A - 一种非对称旋转扑翼升力生成装置 - Google Patents

Abstract

一种非对称旋转扑翼升力生成装置，属航空技术领域。它包括主轴、转臂架、中心半齿齿轮和均匀分布的四个相同的转翼装置。主轴纵向水平布置，后端与转臂架固连，中段通过轴承与中心半齿齿轮相连，动力从主轴的前端输入。转臂架用来支撑四个转翼装置。每个转翼装置包括近心齿轮、远心齿轮和翼片。翼片为刚性矩形翼平板翼片。远心齿轮与近心齿轮啮合的传动比为1∶1；近心齿轮与中心半齿齿轮啮合的传动比为1∶1。导向罩呈半圆弧形，安装在机架上。转臂架的臂处于主轴正上方竖直位置时相应的翼片水平布置。动力驱动主轴旋转，下扑过程翼片始终处于水平状态，上扬时翼片始终与转臂架的臂垂直。本发明效率高，能产生较大的升力。

Description

一种非对称旋转扑翼升力生成装置

技术领域

一种非对称旋转扑翼升力生成装置，属航空技术领域，尤其涉及一种扑翼升力生成装置。

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非对称旋转扑翼升力生成装置。

一种非对称旋转扑翼升力生成装置，包括主轴、转臂架、导向罩、中心半齿齿轮和安装在转臂架上的均匀分布在中心半齿齿轮周围的四个结构相同的转翼装置。中心半齿齿轮是一个只有半周带齿的齿轮，它固定安装于机架上，中心半齿齿轮的带齿半周朝右，无齿半周朝左，无齿半周的边缘半径小于带齿半周的齿谷半径，以免转翼装置的近心齿轮的齿经过时碰触到中心半齿齿轮的无齿半周。主轴纵向水平布置，主轴的后端与转臂架固连于转臂架的中心；主轴的中段通过轴承与中心半齿齿轮相连于中心半齿齿轮的中心孔内，主轴能在中心半齿齿轮的中心孔内灵活转动；动力从主轴的前端输入。转臂架是由四条相同的臂组成的一个完全对称的十字支架，用来支撑四个转翼装置。每个转翼装置包括近心齿轮、远心齿轮和翼片。翼片为刚性矩形平板翼片。翼片的左右两条母线边中部安装有用以减小翼片左右两端紧贴导向罩内壁滑动摩擦的能灵活滚动的减摩滚筒。翼片的后端对称固定在远心齿轮的前端面中部，翼片与远心齿轮垂直；远心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂架的臂的末梢，近心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂架的臂的中部，同一转翼装置上的远心齿轮与近心齿轮啮合，其传动比为1∶1。所有近心齿轮在主轴的右侧时均与中心半齿齿轮啮合，其啮合传动比为1∶1。导向罩呈半圆弧形，靠左固定安装在机架上，导向罩的包角范围稍大于180°，上至当转臂架的一条臂处于12点钟位置时相应的翼片的处于右侧的减摩滚筒处，下至当转臂架的一条臂处于6点钟位置时相应的翼片的处于左侧的减摩滚筒处。导向罩内壁是以主轴的轴线为中心线的光滑的圆弧形曲面，该圆弧半径尺寸刚好使得翼片在主轴的左侧运行时翼片左右两端的减摩滚筒都能同时紧贴导向罩内壁滚动，确保翼片在主轴左侧从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架的相应的臂垂直。为了翼片在主轴的下方从主轴的右侧往左侧运行刚好运行到最低处时翼片的减摩滚筒能顺利过渡到导向罩内壁，导向罩下端设置了与内壁光滑连接的向下并向外弯曲的一小段。组装该非对称旋转扑翼升力生成装置时，确保转臂架的臂处于主轴正上方竖直位置时相应的翼片水平布置。转臂架的每个臂结构相同，臂的断面为翼型。

四个转翼装置的工作原理相同，下面针对一个转翼装置来说明其工作原理：下扑起始位置为支撑该转翼装置的转臂架的一条臂竖直布置于主轴的正上方即处于12点钟位置，此时该转翼装置的翼片处于水平位置并位于最高处，导向罩全部罩住翼片。从主轴的后端往前端看，动力从主轴的前端输入，在动力的驱动下，主轴顺时针转动，带动转臂架顺时针转动，中心半齿齿轮固定不动，且带齿半周朝右，由于远心齿轮与近心齿轮啮合的传动比为1∶1，且近心齿轮在主轴的右侧时与中心半齿齿轮啮合的传动比为1∶1，翼片下扑时在远心齿轮的带动下逆时针自转保持水平状态下扑，当转臂架的臂转至主轴正下方处于竖直位置即处于6点钟位置时翼片处于最低位置，此时翼片的左端减摩滚筒已进入导向罩内壁，完成了下扑过程。上扬过程是：从翼片处于最低位置开始，由于中心半齿齿轮的无齿半周朝左，且无齿半周的边缘半径小于带齿半周的齿谷半径，在过主轴的纵向铅垂面的左侧，近心齿轮脱离中心半齿齿轮的约束，主轴在动力的驱动下继续顺时针转动，带动转臂架继续顺时针转动，由于导向罩的约束，翼片左右两端的减摩滚筒都同时紧贴导向罩内壁滚动，翼片从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架的臂垂直。当转臂架的臂转至主轴正上方处于竖直位置即处于12点钟时，翼片处于最高位置，完成了上扬过程，该转翼装置回到了下扑过程的起始状态。主轴在动力的驱动下继续顺时钟转动，进入下一个工作周期。主轴连续顺时钟旋转带动转臂架旋转以实现翼片的连续下扑和上扬运动过程，产生向上的升力，转速越快产生的升力越大。由于转臂架的臂的断面为翼型，调整好臂的攻角，还能产生向前或向后的推力。

该发明装置下扑过程翼片始终处于水平状态，故能产生较大升力，由于作用力在水平方向几乎没有分量，故产生升力的效率较高。上扬过程翼片始终保持与转臂架的相应的臂垂直，阻力较小。

本发明非对称旋转扑翼升力生成装置效率较高，能产生较大的升力。双数该装置两两对称使用在飞行器上能制造效率较高的类扑翼飞行器。该装置采用圆周运动的动力直接驱动，方便配置动力源，控制也很方便。动力源可采用内燃机或电机。

附图说明

图1是本发明一种非对称旋转扑翼升力生成装置的后视示意图；图2是图1的左视示意图；图3是图1中的中心半齿齿轮的放大示意图。

图中，1-主轴；2-转臂架，21-臂；3-中心半齿齿轮，31-中心半齿齿轮的带齿半周，32-中心半齿齿轮的无齿半周，33-中心半齿齿轮的中心孔；4-转翼装置，41-近心齿轮，42-远心齿轮，43-翼片，44-翼片边缘减摩滚筒；5-导向罩；6-支架；7-转翼装置旋转方向指示。

具体实施方式

现结合附图1~3对本发明加以具体说明：一种非对称旋转扑翼升力生成装置，包括主轴1、转臂架2、导向罩5、中心半齿齿轮3和安装在转臂架2上的均匀分布在中心半齿齿轮3周围的四个结构相同的转翼装置4。中心半齿齿轮3是一个只有半周带齿的齿轮，它固定安装于机架6上，中心半齿齿轮3的带齿半周朝31右，无齿半周32朝左，无齿半周32的边缘半径小于带齿半周31的齿谷半径，以免转翼装置4的近心齿轮41的齿经过时碰触到中心半齿齿轮3的无齿半周32。主轴1纵向水平布置，主轴1的后端与转臂架2固连于转臂架2的中心；主轴1的中段通过轴承与中心半齿齿轮3相连于中心半齿齿轮3的中心孔33内，主轴1能在中心半齿齿轮3的中心孔33内灵活转动；动力从主轴1的前端输入。转臂架2是由四条相同的臂21组成的一个完全对称的十字支架，用来支撑四个转翼装置4。每个转翼装置4包括近心齿轮41、远心齿轮42和翼片43。翼片43为刚性矩形平板翼片。翼片43的左右两条母线边中部安装有用以减小翼片43左右两端紧贴导向罩5内壁滑动摩擦的能灵活滚动的减摩滚筒44。翼片43的后端对称固定在远心齿轮42的前端面中部，翼片43与远心齿轮42垂直；远心齿轮42的转轴通过轴承安装在转臂架2的臂21的末梢，近心齿轮41的转轴通过轴承安装在转臂架2的臂21的中部，同一转翼装置4上的远心齿轮42与近心齿轮41啮合，其传动比为1∶1。所有近心齿轮41在主轴1的右侧时均与中心半齿齿轮3啮合，其啮合传动比为1∶1。导向罩5呈半圆弧形，靠左固定安装在机架6上，导向罩5的包角范围稍大于180°，上至当转臂架2的一条臂21处于12点钟位置时相应的翼片43的处于右侧的减摩滚筒44处，下至当转臂架2的一条臂21处于6点钟位置时相应的翼片43的处于左侧的减摩滚筒处。导向罩5内壁是以主轴1的轴线为中心线的光滑的圆弧形曲面，该圆弧半径尺寸刚好使得翼片43在主轴1的左侧运行时翼片43左右两端的减摩滚筒44都能同时紧贴导向罩5内壁滚动，确保翼片43在主轴1左侧从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架2的相应的臂21垂直。为了翼片43在主轴1的下方从主轴1的右侧往左侧运行刚好运行到最低处时翼43的减摩滚筒44能顺利过渡到导向罩5内壁，导向罩5下端设置了与内壁光滑连接的向下并向外弯曲的一小段。组装该非对称旋转扑翼升力生成装置时，确保转臂架2的臂21处于主轴1正上方竖直位置时相应的翼片43水平布置。转臂架2的每个臂21结构相同，臂21的断面为翼型。

四个转翼装置4的工作原理相同，下面针对一个转翼装置4来说明其工作原理：下扑起始位置为支撑该转翼装置4的转臂架2的一条臂21竖直布置于主轴1的正上方即处于12点钟位置，此时该转翼装置4的翼片43处于水平位置并位于最高处，导向罩5全部罩住翼片43。从主轴1的后端往前端看，动力从主轴1的前端输入，在动力的驱动下，主轴1顺时针转动，带动转臂架2顺时针转动，中心半齿齿轮3固定不动，且带齿半周31朝右，由于远心齿轮42与近心齿轮41啮合的传动比为1∶1，且近心齿轮41在主轴1的右侧时与中心半齿齿轮3啮合的传动比为1∶1，翼片43下扑时在远心齿轮42的带动下逆时针自转保持水平状态下扑，当转臂架2的臂21转至主轴1正下方处于竖直位置即处于6点钟位置时翼片43处于最低位置，此时翼片43的左端减摩滚筒44已进入导向罩5内壁，完成了下扑过程。上扬过程是：从翼片43处于最低位置开始，由于中心半齿齿轮3的无齿半周32朝左，且无齿半周32的边缘半径小于带齿半周31的齿谷半径，在过主轴1的纵向铅垂面的左侧，近心齿轮41脱离中心半齿齿轮3的约束，主轴1在动力的驱动下继续顺时针转动，带动转臂架2继续顺时针转动，由于导向罩5的约束，翼片43左右两端的减摩滚筒44都同时紧贴导向罩5内壁滚动，翼片43从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架2的臂21垂直。当转臂架2的臂21转至主轴1正上方处于竖直位置即处于12点钟时，翼片43处于最高位置，完成了上扬过程，该转翼装置4回到了下扑过程的起始状态。主轴1在动力的驱动下继续顺时钟转动，进入下一个工作周期。主轴1连续顺时钟旋转带动转臂架2旋转以实现翼片43的连续下扑和上扬运动过程，产生向上的升力，转速越快产生的升力越大。由于转臂架2的臂21的断面为翼型，调整好臂21的攻角，还能产生向前或向后的推力。

该发明装置下扑过程翼片43始终处于水平状态，故能产生较大升力，由于作用力在水平方向几乎没有分量，故产生升力的效率较高。上扬过程翼片43始终保持与转臂架2的相应的臂21垂直，阻力较小。

本发明非对称旋转扑翼升力生成装置效率较高，能产生较大的升力。双数该装置两两对称使用在飞行器上能制造效率较高的类扑翼飞行器。该装置采用圆周运动的动力直接驱动，方便配置动力源，控制也很方便。动力源可采用内燃机或电机。

Claims (4)

1.一种非对称旋转扑翼升力生成装置，其特征在于：包括主轴（1）、转臂架（2）、导向罩（5）、中心半齿齿轮（3）和安装在转臂架（2）上的均匀分布在中心半齿齿轮（3）周围的四个结构相同的转翼装置（4）；中心半齿齿轮（3）是一个只有半周带齿的齿轮，它固定安装于机架（6）上，中心半齿齿轮（3）的带齿半周朝（31）右，无齿半周（32）朝左，无齿半周（32）的边缘半径小于带齿半周（31）的齿谷半径；主轴（1）纵向水平布置，主轴（1）的后端与转臂架（2）固连于转臂架（2）的中心；主轴（1）的中段通过轴承与中心半齿齿轮（3）相连于中心半齿齿轮（3）的中心孔（33）内，主轴（1）能在中心半齿齿轮（3）的中心孔（33）内灵活转动；动力从主轴（1）的前端输入；转臂架（2）是由四条相同的臂（21）组成的用来支撑四个转翼装置（4）的一个完全对称的十字支架；每个转翼装置（4）包括近心齿轮（41）、远心齿轮（42）和翼片（43）；翼片（43）为刚性矩形平板翼片；翼片（43）的后端对称固定在远心齿轮（42）的前端面中部，翼片（43）与远心齿轮（42）垂直；远心齿轮（42）的转轴通过轴承安装在转臂架（2）的臂（21）的末梢，近心齿轮（41）的转轴通过轴承安装在转臂架（2）的臂（21）的中部，同一转翼装置（4）上的远心齿轮（42）与近心齿轮（41）啮合，其传动比为1∶1；所有近心齿轮（41）在主轴（1）的右侧时均与中心半齿齿轮（3）啮合，其啮合传动比为1∶1；导向罩（5）呈半圆弧形，靠左固定安装在机架（6）上，导向罩（5）的包角范围稍大于180°；导向罩（5）内壁是以主轴（1）的轴线为中心线的光滑的圆弧形曲面，该圆弧半径尺寸刚好使得翼片（43）在主轴（1）左侧从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架（2）的相应的臂（21）垂直；转臂架（2）的臂（21）处于主轴（1）正上方竖直位置时相应的翼片（43）水平布置。

2.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼升力生成装置，其特征在于：翼片（43）的左右两条母线边中部安装有用以减小翼片（43）左右两端紧贴导向罩（5）内壁滑动摩擦的能灵活滚动的减摩滚筒（44）。

3.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼升力生成装置，其特征在于：导向罩（5）下端设置了与内壁光滑连接的向下并向外弯曲的一小段。

4.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼升力生成装置，其特征在于：转臂架（2）的臂（21）的断面为翼型。