CN104787331B - 可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扑翼飞行器，同时还涉及该扑翼飞行器的操作方法，旨在提供一种动力损失小、飞行距远、速度快的扑翼飞行器，同时还提供了一种操作简单、飞行效率高、动力损耗小的扑翼飞行器的操作方法。所述扑翼飞行器包括机身（1）、浮力翼（2）、动力翼（3）、扑翼驱动装置、尾翼（4）及控制系统，所述浮力翼（2）和所述动力翼（3）上均设有若干个翼孔（5），所述浮力翼（2）和所述动力翼（3）上均设置有开闭装置。所述操作方法为所述动力翼（3）的所述翼孔（5）关闭、所述浮力翼（2）的所述翼孔（5）同时开启；所述动力翼（3）的所述翼孔（5）开启、所述浮力翼（2）的所述翼孔（5）同时关闭，周期循环。本发明应用于航空飞行器的技术领域。

Description

可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种飞行器，特别涉及一种可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，同时还涉及该双翼扑翼飞行器的操作方法。

背景技术

为了实现人类的飞行梦，早期就有人们开始研究飞行器，并从扑翼飞行器开始研究，但又是从固定翼飞行器得到初步的实现。虽然固定翼飞行器已经可以将人类送上蓝天，但扑翼梦还在不断努力。扑翼飞行器是指像鸟—样通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器，又称振翼机。因为扑翼飞行器有诸多优点，比如扑翼飞行器无需跑道垂直起落、动力系统和控制系统合为一体以及机械效率高于固定翼飞机。

扑翼飞行器一直没有发展起来的原因有如下：

1、莱特兄弟发明固定翼飞行器之前没有那么多轻质的原材料、动力及动力传动装置可供应用；

2、莱特兄弟发明固定翼飞行之后，人们主流的航空飞行注意力及研发精力都集中到了固定翼的飞行上面，而少数研发者虽然应用了轻质材料及最新的科技成果技术，但其仿生飞行的原理没有突破性进。

2010年8月2日，多伦多航空学院的一位研发者叫做todd reichert，试飞了一架人力的扑翼飞行器，该扑翼飞行器叫做雪鸟。它翼展达32M重约92.59磅，使用碳纤维、玻萨轻木、泡沫制作而成的；飞行速度可达15.91英里每小时。从而使扑翼飞行器得到了些许的进步。

但上述扑翼飞行器技术还存在有问题和缺点，比如：1、由于其空气动力学只是纯粹模仿鸟类飞行，在现有原材料及技术条件下，不能设计出高效的飞行器，使得该飞行器翼展过于庞大，飞行工作浮力及前进飞行力效率低下，动力能量消耗过大，不利于负重及远距离及相对高速飞行；2、忽略了人体肌肉动能的局限性，没有增加辅助动力或使用纯机械动力，以至于目前的扑翼飞行器在负重及远距离相对高速飞行的情况下，还不能成为真正意义上的实用性飞行器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种动力损失小、飞行距更远、速度更快、高度更高的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，同时还提供了一种操作简单、飞行效率高、动力损耗小的双翼扑翼飞行器的操作方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器包括机身、浮力翼、动力翼、设置在所述机身上的扑翼驱动装置、设置在所述机身尾部的尾翼及控制系统，所述浮力翼固定设置在所述机身上，所述动力翼与所述扑翼驱动装置传动连接，所述浮力翼和所述动力翼上均设有若干个翼孔，所述浮力翼和所述动力翼上均设置有与所述若干个翼孔相适配的开闭装置，飞行时，通过所述开闭装置控制所述若干个翼孔的通闭。

所述浮力翼为折叠翼或伸缩翼。

所述动力翼为折叠翼或伸缩翼。

所述浮力翼位于所述动力翼的上方。

所述扑翼驱动装置包括与所述机身相铰接的摆杆、与所述摆杆滑动连接的滑块、一端与所述滑块相铰接的转动杆及与所述转动杆另一端固定连接的转动装置，所述转动装置固定设置在所述机身上，所述动力翼与所述摆杆固定连接。

所述动力翼上的开闭装置为与所述动力翼滑动连接的板块，所述板块与所述滑块相连接，所述板块上设置有通气孔，所述通气孔与所述翼孔的孔相同，相邻的两个所述通气孔之间的孔距与相邻的两个所述翼孔之间的孔距相同。

所述孔距和所述孔距均为所述通气孔或所述翼孔的孔的三倍，所述通气孔或所述翼孔的孔为所述滑块的行程的一半，当所述动力翼位于上顶点时，所述翼孔与所述通气孔相互错开，且所述通气孔与相邻的外侧的所述翼孔的孔距为所述通气孔或所述翼孔的孔的两倍，所述通气孔与相邻的内侧的所述翼孔的孔距为所述通气孔或所述翼孔的孔的大小。

所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的操作方法如下：

a、当所述动力翼从上顶点向下顶点运动时，所述动力翼上的所有所述翼孔关闭，开启所述浮力翼上的所有所述翼孔；

b、当所述动力翼从下顶点向上工作运动至上顶点时，所述动力翼上的所有所述翼孔开启；所述浮力翼的所有所述翼孔关闭。

所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的操作方法如下：

a、所述动力翼位于上顶点时，所述翼孔与所述通气孔相互错开，且所述通气孔与相邻的外侧的所述翼孔的孔距为所述通气孔或所述翼孔的孔的两倍，所述通气孔与相邻的内侧的所述翼孔的孔距为所述通气孔或所述翼孔的孔的大小，所述通气孔或所述翼孔的孔为所述滑块的行程的一半；当所述动力翼从上顶点向中点运动时，所述滑块推动所述板块，所述板块相对于所述动力翼向外运动；当所述动力翼从中点向下顶点运动时，所述滑块拉动所述板块，所述板块相对于所述动力翼向内运动，使得所述动力翼上的所有所述翼孔在运动的过程中关闭；同时开启所述浮力翼上的所有所述翼孔；

b、所述动力翼位于下顶点时，所述翼孔与所述通气孔相互错开，且所述通气孔与相邻的外侧的所述翼孔的孔距为所述通气孔或所述翼孔的孔的两倍，所述通气孔与相邻的内侧的所述翼孔的孔距为所述通气孔或所述翼孔的孔的大小，所述通气孔或所述翼孔的孔为所述滑块的行程的一半；当所述动力翼从下顶点向上工作运动至中点时，所述滑块推动所述板块，所述板块相对于所述动力翼向内运动；当所述动力翼从中点向上工作运动至上顶点时，所述滑块拉动所述板块，所述板块相对于所述动力翼向外运动；使得所述动力翼上的所有所述翼孔在运动的过程中开启；同时所述浮力翼的所有所述翼孔关闭。

本发明的有益效果是：由于本发明采用了双翼可控的设计，所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器包括机身、浮力翼、动力翼、设置在所述机身上的扑翼驱动装置、设置在所述机身尾部的尾翼及控制系统，所述浮力翼固定设置在所述机身上，所述动力翼与所述扑翼驱动装置传动连接，所述浮力翼和所述动力翼上均设有若干个翼孔，所述浮力翼和所述动力翼上均设置有与所述若干个翼孔相适配的开闭装置，飞行时，通过所述开闭装置控制所述若干个翼孔的通闭，所以，本发明可填补扑翼飞行器的空气动力理论的缺陷，具有自重轻、相对翼展小，无跑道超短距离起落、动力系统和控制系统一体化、机械效率高于固定翼飞机、负重大、飞行距离远，安全性能高、操作简单等优点。

同时，由于本发明采用双对翼可开闭翼孔式飞行原理飞行，即一对动力翼，一对保持平衡飞行的浮力翼。动力翼以有效平方米翼展拍打空气的反作用力作为升力及前行，并可根据飞行的需要，控制改变扑翼频率及扭矩，不飞行时可折叠收起。所述浮力翼提供飞行所需的有效浮力，其可根据飞行所需要，进行控制伸缩，不飞行时可折叠收起。 所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器还有一个优势，就是在飞行发生故障时，它可成为二个双保险安全降落装置，它可广泛应用于交通运输、抢险救灾、国防军事、体育竞技运动等领域。

另外，所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的操作方法如下：a、当所述动力翼从上顶点向下顶点运动时，所述动力翼上的所有所述翼孔关闭，开启所述浮力翼上的所有所述翼孔；b、当所述动力翼从下顶点向上工作运动至上顶点时，所述动力翼上的所有所述翼孔开启；所述浮力翼的所有所述翼孔关闭。由此可见，该操作方法简单有效，可进一步地提高其空气动力性能，并减小其动力损失，提高飞行器的飞行的飞行能力；进一步地提高其飞行负载、飞行速度、飞行高度的能力；进一步地减小飞行器的超大翼展，减少原材料的消耗，提高行器的机动能力；进一步地减小飞行器的自重，减少能源的损耗，提高行器的运载能力。

附图说明

图1是所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的结构示意图；

图2是所述浮力翼2和所述动力翼3与所述扑翼驱动装置的结构示意图；

图3是所述翼孔5在不同状态下的开闭情况示意图。

具体实施方式

如图1所示，所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器包括机身1、浮力翼2、动力翼3、设置在所述机身1上的扑翼驱动装置、设置在所述机身1尾部的尾翼4及控制系统，所述浮力翼2固定设置在所述机身1上，所述动力翼3与所述扑翼驱动装置传动连接，所述浮力翼2和所述动力翼3上均设有若干个翼孔5，所述浮力翼2和所述动力翼3上均设置有与所述若干个翼孔5相适配的开闭装置，飞行时，通过所述开闭装置控制所述若干个翼孔5的通闭。

在本实施例中，所述浮力翼2为折叠翼或伸缩翼。

在本实施例中，所述动力翼3为折叠翼或伸缩翼。

在本实施例中，所述浮力翼2位于所述动力翼3的上方。

在本实施例中，所述扑翼驱动装置包括与所述机身1相铰接的摆杆6、与所述摆杆6滑动连接的滑块7、一端与所述滑块7相铰接的转动杆8及与所述转动杆8另一端固定连接的转动装置9，所述转动装置9固定设置在所述机身1上，所述动力翼3与所述摆杆6固定连接。

如图2所示，在本实施例中，所述动力翼3上的开闭装置为与所述动力翼3滑动连接的板块10，所述板块10与所述滑块7相连接，所述板块10上设置有通气孔11，所述通气孔11与所述翼孔5的孔相同，相邻的两个所述通气孔11之间的孔距L1与相邻的两个所述翼孔5之间的孔距L2相同。

在本实施例中，所述孔距L1和所述孔距L2均为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的三倍，所述通气孔11或所述翼孔5的孔为所述滑块7的行程的一半，当所述动力翼3位于上顶点A时，所述翼孔5与所述通气孔11相互错开，且所述通气孔11与相邻的外侧的所述翼孔5的孔距L3为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的两倍，所述通气孔11与相邻的内侧的所述翼孔5的孔距L4为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的大小。

如图3所示，在本实施例中，所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的操作方法如下：

a、所述动力翼3位于上顶点A时，所述翼孔5与所述通气孔11相互错开，且所述通气孔11与相邻的外侧的所述翼孔5的孔距L3为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的两倍，所述通气孔11与相邻的内侧的所述翼孔5的孔距L4为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的大小，所述通气孔11或所述翼孔5的孔为所述滑块7的行程的一半；当所述动力翼3从上顶点A向中点B运动时，所述滑块7推动所述板块10，所述板块10相对于所述动力翼3向外运动；当所述动力翼3从中点B向下顶点C运动时，所述滑块7拉动所述板块10，所述板块10相对于所述动力翼3向内运动，使得所述动力翼3上的所有所述翼孔5在运动的过程中关闭；同时开启所述浮力翼2上的所有所述翼孔5；

b、所述动力翼3位于下顶点C时，所述翼孔5与所述通气孔11相互错开，且所述通气孔11与相邻的外侧的所述翼孔5的孔距L3为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的两倍，所述通气孔11与相邻的内侧的所述翼孔5的孔距L4为所述通气孔11或所述翼孔5的孔的大小，所述通气孔11或所述翼孔5的孔为所述滑块7的行程的一半；当所述动力翼3从下顶点C向上工作运动至中点D时，所述滑块7推动所述板块10，所述板块10相对于所述动力翼3向内运动；当所述动力翼3从中点D向上工作运动至上顶点A时，所述滑块7拉动所述板块10，所述板块10相对于所述动力翼3向外运动；使得所述动力翼3上的所有所述翼孔5在运动的过程中开启；同时所述浮力翼2的所有所述翼孔5关闭。

下面对所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器进行分析：

一、在相同的大气压强下：当所述动力翼3的所述翼孔5关闭，在上顶点向下单位时间内运动可产生F1的升力， 那么当所述动力翼3在下顶点以相同的单位时间内向上运动也可以产生F2下降力，即F1=F2；二力相加之和等于零，即飞行器做功等于零，飞行器原地蹦跳。

二、假设所述动力翼3做周期运动动，所述动力翼3的所述翼孔5打开占所述动力翼3展面积的50%，当所述动力翼3向下运动，所述动力翼3的所述翼孔5关闭，可产生的升力F1;所述动力翼3向上运动，所述动力翼3的所述翼孔5打开，占动力翼翼展面积的50%，就可视为所述动力翼3向上运动的阻力减少50%，飞行器获得向上升力F1的一半，但由于重力加速度的存在，上升的速度还是不足以抵消下降的速度，飞行器坠入原地。

三、附加一对有可控制开闭孔并足够保持平衡浮力的所述浮力翼2，方法如下：

1、设当所述动力翼3有占其50%的可开闭的孔时，在上顶点向下工作运动，单位时间内运动至下顶点时，所述动力翼3的所述翼孔5全程关闭；同时，可提供足够浮力的所述浮力翼2的全部所述翼孔5全程开启。若此时所述翼孔5的运动可产生F1的升力，而所述浮力翼2没有产生阻力，并在所述动力翼3到达下顶点时，即刻关闭所述浮力翼2全部所述翼孔5，此时可视所述浮力翼2间接获得F1的升力。

2、那么所述动力翼3在下顶点以相同的单位时间内向上运动至上顶点时，所述动力翼3全程全部所述翼孔5开启；同时，可提供足够浮力的所述浮力翼2的全部所述翼孔5全程关闭。此时可视所述动力翼3的向上运动可产生二分之一F1的阻力，此时所述浮力翼2获得的F1后，有效保持浮力并抵抗了重力加速度G，可视为没有浮力损失。

3、所述动力翼3向上运运可产生二分之一F1的阻力，而所述浮力翼2获得的F1的浮力，即有：F1+（－1/2F1）＝1/2F1的 一个运动周期扑翼飞行器浮力和飞行力产生.，扑翼飞行器上升飞行。

四、一个飞行周期所产生的有用功过程为：

（1）所述动力翼3向下运动至下顶点全部所述翼孔5关闭,所述浮力翼2全部所述翼孔5开启获得F升力;

（2）所述动力翼3向上动动至上顶点，50%的所述翼孔5开启产生阻力1/2F

（3）所述浮力翼2全部所述翼孔5关闭，获得的F 浮力后的所述浮力翼2有效保持浮力抵抗重力加速度G .

即有：F+（－1/2F）＝1/2F的扑翼飞行器周期浮力和飞行力产生。

五、所述浮力翼2与所述动力翼3的所述翼孔5关闭开启运动的关系：

(1)所述动力翼3的所述翼孔5关闭、所述浮力翼2的所述翼孔5同时开启；所述动力翼3的所述翼孔5开启、的所述翼孔5同时关闭，周期循环。

本发明应用于航空飞行器的技术领域。

虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，例如所述翼孔5的形状可以为正方孔、长方孔、正圆孔、椭圆孔、多边孔及锥形空径等，又例如孔的开启关闭方式方法：杠杆原理，电磁原理，牵引滑动原理及多种原理的混合方式方法等，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，其特征在于：所述可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器包括机身（1）、浮力翼（2）、动力翼（3）、设置在所述机身（1）上的扑翼驱动装置、设置在所述机身（1）尾部的尾翼（4）及控制系统，所述浮力翼（2）固定设置在所述机身（1）上，所述动力翼（3）与所述扑翼驱动装置传动连接，所述浮力翼（2）和所述动力翼（3）上均设有若干个翼孔（5），所述浮力翼（2）和所述动力翼（3）上均设置有与若干个所述翼孔（5）相适配的开闭装置，飞行时，通过所述开闭装置控制若干个所述翼孔（5）的通闭；所述浮力翼（2）位于所述动力翼（3）的上方。

2.根据权利要求1所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，其特征在于：所述浮力翼（2）为折叠翼或伸缩翼。

3.根据权利要求1所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，其特征在于：所述动力翼（3）为折叠翼或伸缩翼。

4.根据权利要求1至3任一项所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，其特征在于：所述扑翼驱动装置包括与所述机身（1）相铰接的摆杆（6）、与所述摆杆（6）滑动连接的滑块（7）、一端与所述滑块（7）相铰接的转动杆（8）及与所述转动杆（8）另一端固定连接的转动装置（9），所述转动装置（9）固定设置在所述机身（1）上，所述动力翼（3）与所述摆杆（6）固定连接。

5.根据权利要求4所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，其特征在于：所述动力翼（3）上的开闭装置为与所述动力翼（3）滑动连接的板块（10），所述板块（10）与所述滑块（7）相连接，所述板块（10）上设置有通气孔（11），所述通气孔（11）与所述翼孔（5）的孔径相同，相邻的两个所述通气孔（11）之间的孔距（L1）与相邻的两个所述翼孔（5）之间的孔距（L2）相同。

6.根据权利要求5所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器，其特征在于：所述孔距（L1）和所述孔距（L2）均为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的三倍，所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径为所述滑块（7）的行程的一半，当所述动力翼（3）位于上顶点（A）时，所述翼孔（5）与所述通气孔（11）相互错开，且所述通气孔（11）与相邻的外侧的所述翼孔（5）的孔距（L3）为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的两倍，所述通气孔（11）与相邻的内侧的所述翼孔（5）的孔距（L4）为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的大小。

7.一种如权利要求1所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的操作方法，其特征在于：该操作方法如下：

a、当所述动力翼（3）从上顶点（A）向下顶点（C）运动时，所述动力翼（3）上的所有所述翼孔（5）关闭，开启所述浮力翼（2）上的所有所述翼孔（5）；

b、当所述动力翼（3）从下顶点（C）向上工作运动至上顶点（A）时，所述动力翼（3）上的所有所述翼孔（5）开启；所述浮力翼（2）的所有所述翼孔（5）关闭。

8.一种如权利要求6所述的可控浮力翼和动力翼的双翼扑翼飞行器的操作方法，其特征在于：

a、所述动力翼（3）位于上顶点（A）时，所述翼孔（5）与所述通气孔（11）相互错开，且所述通气孔（11）与相邻的外侧的所述翼孔（5）的孔距（L3）为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的两倍，所述通气孔（11）与相邻的内侧的所述翼孔（5）的孔距（L4）为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的大小，所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径为所述滑块（7）的行程的一半；当所述动力翼（3）从上顶点（A）向中点（B）运动时，所述滑块（7）推动所述板块（10），所述板块（10）相对于所述动力翼（3）向外运动；当所述动力翼（3）从中点（B）向下顶点（C）运动时，所述滑块（7）拉动所述板块（10），所述板块（10）相对于所述动力翼（3）向内运动，使得所述动力翼（3）上的所有所述翼孔（5）在运动的过程中关闭；同时开启所述浮力翼（2）上的所有所述翼孔（5）；

b、所述动力翼（3）位于下顶点（C）时，所述翼孔（5）与所述通气孔（11）相互错开，且所述通气孔（11）与相邻的外侧的所述翼孔（5）的孔距（L3）为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的两倍，所述通气孔（11）与相邻的内侧的所述翼孔（5）的孔距（L4）为所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径的大小，所述通气孔（11）或所述翼孔（5）的孔径为所述滑块（7）的行程的一半；当所述动力翼（3）从下顶点（C）向上工作运动至中点（D）时，所述滑块（7）推动所述板块（10），所述板块（10）相对于所述动力翼（3）向内运动；当所述动力翼（3）从中点（D）向上工作运动至上顶点（A）时，所述滑块（7）拉动所述板块（10），所述板块（10）相对于所述动力翼（3）向外运动；使得所述动力翼（3）上的所有所述翼孔（5）在运动的过程中开启；同时所述浮力翼（2）的所有所述翼孔（5）关闭。