CN105818982B - 集阵振翅机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种集阵振翅机，所述集阵振翅机至少包括：机身和阵翅，阵翅包括：N个与所述机身联接的附翅，所述附翅为片翅或桶翅，所述片翅为固体材料制成的片状物，所述桶翅为固体片状材料制成的两端开口的桶状物；所述N个与机身联接的附翅包括：n个分别与所述机身联接的附翅及设置在M个复翅上的n个附翅，且所述复翅与机身相联接，每个所述复翅包括：翅架和联接在所述翅架上的至少一个附翅，其中所述翅架是与机身及附翅的联接构件，所述N个附翅在空间多层叠加排布成三维立体阵列形态。

Description

集阵振翅机

所属技术领域

本发明涉及一种利用流体介质特性的振翅机，尤其是一种集阵振翅机。

背景技术

目前，公知的振翅机方案很多，现有振翅机由于结构问题，比如振翅机的振翅悬臂过长、单个振翅的面积大，振翅的振动幅度必须很大才能提供足够的推力，导致振翅对材料的要求极为苛刻及能效低的状况，因而很难大型化、实用化。

发明内容

为减轻振翅质量、增强结构强度，使振翅受力均匀，在有限的空间内增加振翅与流体的接触面积，使人造振翅机具有逼近昆虫等的航行能效，本发明提供了一种集阵振翅机，以解决现有振翅机对材料要求极为苛刻及能效低的状况；

为此，本发明提出一种集阵振翅机(一种振翅机)，所述集阵振翅机至少包括：机身和阵翅，阵翅包括：M个多层叠加设置的与所述机身联接的复翅，每个所述复翅包括：翅架和联接在所述翅架上的n个附翅，N为M个复翅上设置的所有附翅的总数，其中所述翅架是与机身及附翅的联接构件，所述附翅为片翅或桶翅，所述片翅为固体材料制成的片状物，所述桶翅为固体片状材料制成的两端开口的桶状物；其中：N为大于等于4的整数，M为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数；所述N个附翅在空间多层叠加排布成三维立体阵列形态；

进一步的，所述翅架、附翅及机身为刚性材料；或者，所述翅架、附翅及机身为弹性材料；或者，所述翅架、附翅及机身相互联接部分为弹性材料、其它部分为刚性材料；所述翅架、附翅与机身为固定连接时，机身、翅架及附翅至少其中一个为弹性材料；或者，翅架、附翅及机身皆为刚性材料，翅架、附翅及机身这三个构件之间，至少其中两个构件的联接是弹簧联接或通过运动副或运动链联接；

进一步的，所述阵翅与工质耦合构成一个工质与环境开放的振动系统，也称之为集翅振动系统，所述工质是阵翅所包容的空间内的流体；

进一步的，所述集阵振翅机所包含的所有附翅在静态时片翅面或桶翅面趋近垂直于同一平面；

进一步的，所述翅架为单一构件；或者，所述翅架为多构件的组合体；所述翅架是单一三维立体构件；或者，所述翅架是多构件的三维立体组合构件；

进一步的，所述翅架是杆件制成的闭合构件；进一步的，所述翅架为圆环状，复翅由n个放射状排列的片翅与所述圆环状翅架联接构成；或者，复翅由n个并行排列的片翅与圆环状翅架联接构成；或者，所述复翅由n个蜂窝状排列的桶翅与翅架构成；或者，所述复翅由翅架和n个片翅及n个桶翅联接，形成复合形态；

进一步的，所述翅架与片翅联接，且翅架或片翅摆动轴轴线将所述片翅划分为面积有差别的两部分；或者，翅架与桶翅联接，且翅架或桶翅摆动轴轴线与所述桶翅相交；

进一步的，集阵振翅机安装有流体约束构件，所述流体约束构件为固体片状材料制成的片状构件或两端开口的桶状构件；

进一步的，所述片状流体约束构件面向阵翅安装在机身上；或者，所述阵翅安装在桶状流体约束构件所包容的空间内；

进一步的，由M个复翅构成的阵翅中，至少一个复翅通过运动副与所述机身联接；或者，至少一个复翅通过往复运动机构与所述机身联接；或者，至少一个复翅通过弹性材料与所述机身联接；或者，M个复翅通过曲轴(多曲柄构件)与所述机身联接；

进一步的，所述M个复翅各自所联接的n个附翅具有相互穿插间隔分布的结构形态，且至少一个复翅是通过运动副、运动链或弹性构件与机身联接；

进一步的，通过激励附翅形成所述集翅振动系统的整体振动响应；或者，通过激励工质形成集翅振动系统的整体振动响应；

进一步的，附翅振动的动力由安装在集阵振翅机上的原动机提供；或者，附翅振动的动力由集阵振翅机上的人力提供；

安装在机身上原动机的动力通过运动链传输到附翅；或者，在集阵振翅机上的人力通过运动链传输到附翅，或者，原动机的动力或人力转化为电能后通过导线与安装在翅架或附翅上的振动电机相联接；

进一步的，安装在机身上原动机输出端通过往复运动机构与所述复翅相联接；或者，原动机输出端通过运动副或运动链与安装在翅架或附翅上的振子相联接；或者，电源通过导线与安装在翅架或附翅上的振动电机相连接；或者，原动机通过流体泵及管道与翅架或附翅上的流体振动马达联接；或者，集阵振翅机上的原动机联接流体泵再通过工质与附翅耦合；

所述集阵振翅机在真空环境中使用时，在集阵振翅机上安装向集翅振动系统补充流体的装置；

当激励集翅振动系统时，附翅及工质响应，附翅及工质相互作用使附翅摆动产生推力，进而带动集阵振翅机航行。

本发明的有益效果是，由于结构特点，减轻了振翅质量、增强了结构强度，使振翅受力均匀，在有限的空间内增加振翅与流体的接触面积，进一步的，由于集翅振动系统内N个附翅与工质的耦合及N个附翅之间通过工质的耦合，工质在N个附翅三维分布的附翅阵列间多次穿插往复运动，使工质动能得到充分利用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是n个放射状排列的片翅与圆环状翅架联接构成的复翅示意图。

图2是n个并行排列的片翅与圆环状翅架联接构成的复翅示意图。

图3是n个蜂窝状排列的桶翅与翅架构成的复翅示意图。

图4是两个复翅中的多个片翅相互穿插间隔分布的复翅组合示意图。

图5是曲轴与4个复翅联接构成集阵振翅机的原理示意图。

图6是一对复翅与机身通过平动副联接构成集阵振翅机的原理示意图。

图中1.是片翅，1a.是桶翅，2.是翅架，3.是机身，4.是曲轴，A.是复翅，B.是片状流体约束构件。

具体实施方式

在图5所示的实施例中，集阵振翅机在流体中，其中：翅架2、曲轴4及机身3为刚性材料；片翅1为弹性材料，原动机的输出端与曲轴4联接，曲轴4中的4个曲柄通过转动副与4个复翅A联接，当原动机转动时，带动复翅A运动，复翅A形成往复振动，进一步的带动复翅A上的n个片翅1往复振动，由于工质与n个片翅1的相互作用，进一步n个片翅1发生形变摆动产生推力，带动集阵振翅机航行。n为大于1的整数，例如n为8、10等等。

在图6所示的实施例中，是一对复翅通过平动副相互联接构成的阵翅，一对复翅分别通过平动副与机身3联接构成的集阵振翅机，且片状流体约束构件B面向阵翅与机身3固定连接；其中：翅架2、及机身3为刚性材料；片翅1为弹性材料；

通过激励片翅1，形成集翅振动系统的整体振动响应；或者，通过激励工质形成集翅振动系统的整体振动响应；具体可通过下列各种方法实现对集翅振动系统的激励：

安装在机身3上的原动机输出端通过往复运动机构与翅架2联接；或者，原动机输出端通过运动副或运动链与安装在翅架2或片翅1上的振子相联接；或者，电源通过导线与安装在翅架2或片翅1上的振动电机相连接；或者，原动机通过流体泵及管道与翅架2或片翅1上的流体振动马达联接；或者，集阵振翅机上的原动机联接流体泵再通过工质与片翅1耦合；

通过上述各种方法对集翅振动系统激励，形成工质与环境流体的交换，推动集阵振翅机的航行，为进一步的节能，在机身3联接一对面向阵翅的片状流体约束构件B，且阵翅在两个片状流体约束构件B之间。

所述集阵振翅机在真空环境中使用时，在集阵振翅机上安装向集翅振动系统补充流体的装置。

如图5和图6所示，本发明的集阵振翅机或振翅机至少包括：机身3和阵翅，阵翅包括：N个与所述机身联接的附翅，所述附翅为片翅1或桶翅1a，所述片翅1为固体材料制成的片状物，所述桶翅1a为固体片状材料制成的两端开口的桶状物；

所述N个与机身联接的附翅在空间排布成三维立体阵列形态，可以为规则的三维立体排列，也可以为不规则的三维立体排列。其中，M个复翅直接与机身联接；或者，M个复翅通过运动副联接，再与机身联接；或者，M个复翅通过翅架固定联接，再与机身联接；

本发明的集阵振翅机或振翅机上可以设有多个与所述机身联接的附翅，进一步地，本发明的集阵振翅机除了包含与多个(N个)所述机身联接的附翅之外，还可以包括设置在复翅上的n个附翅，也就是，本发明的集阵振翅机包括联接在机身上的n个附翅、以及不与机身直接连接，而是连接在翅架上的附翅，n个附翅是通过翅架间接连接在机身上。不管是直接连接在机身上的附翅还是通过翅架间接连接在机身上的附翅，所有的这些附翅在空间形成，例如为多平面或多层次的排布，每个平面或每个层次还可以由多个附翅形成的平面矩阵或不规则的多个附翅形成的平面排布。本发明的上述结构，在有限的空间内增加振翅与流体的接触面积，减轻了振翅质量、增强了结构强度，使振翅受力均匀。

图1示出了一种复翅的结构，这种复翅是n(n例如为4)个放射状排列的片翅1与圆环状翅架2联接构成的。4个片翅1连接在圆环状翅架2的径向，每个片翅1所在的平面相互交叉。圆环状翅架2起到辐条式受力机构中的车圈的作用，圆环状翅架2相当于具有一定高度的车圈或者起到具有一定高度的车圈的作用，以便为片翅1(相当于具有一定高度的辐条或片状的辐条)提供支撑，形成圆环状翅架2对片翅1的面接触或面支撑。

其中，圆环状翅架2与片翅1连接后通过轴承连接在机身上，如同圆环状翅架2与片翅1连接形成自行车车轮，自行车车轮通过轴承连接在自行车的车身上。

这种自行车车轮式受力机构，即辐条式受力机构中，片翅1受力均匀，有利于在空中的安全飞行，而且自行车车轮式受力机构或辐条式受力机构，使得片翅1主要承受拉力，其他压力和扭曲力矩可由圆环状翅架2即车圈承担，所以，能够大大降低辐条即片翅1的压力和扭曲力矩，降低片翅1对材料选择的要求。

图2示出了n个(n例如为7)并行排列的片翅1与圆环状翅架2联接构成的复翅。各片翅1垂直圆环状翅架2所在的平面并平行布置。各片翅1的长度为相应的位于圆环状翅架2所在平面的弦长，或者说，各片翅1连接在圆环状翅架2的弦上，各片翅1的弦为其摆动轴，各片翅1可以绕弦摆动。这样，能够降低单个片翅对材料选择的要求。

图3示出了多个蜂窝状排列的桶翅1a与翅架2构成的复翅。桶翅1a为两端开口的桶状。桶翅1a绕着与翅架2连接的摆动轴进行摆动，同样能够形成桶翅1a与流体(例如为空气)之间形成相互作用力或作用空间，使桶翅能够扇动空气或气体。这种桶翅使得整个附翅的长度得以大幅度减小，可以通过多个桶翅形成平面阵列或立体阵列，例如为蜂窝状，提供足够的摆动空间或升力。对于桶翅，升力的方向为垂直摆动或振动的方向，在桶翅1a的轴线上，可以形成升力。

图4示出了两个复翅中的片翅1相互穿插间隔分布形成的复翅组合。每个杆状的翅架2上布置有多个片翅1，两个复翅中的片翅1依次间隔排布，相邻的两个复翅中的片翅1相互面对，并做相互平动，从而产生航行所需的升力。图4的这种复翅组合结构，能够获得较大的升力，能够降低单个片翅对材料选择的要求。进一步的，每个附翅小于目前通常振翅机的振翅，根据几何原理在相同摆动角度时，附翅的振幅小于通常振翅机的振翅的振幅。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (16)

1.一种集阵振翅机，其特征是，所述集阵振翅机至少包括：机身和阵翅，阵翅包括：N个与所述机身联接的附翅，所述附翅为片翅或桶翅，所述片翅为固体材料制成的片状物，所述桶翅为固体片状材料制成的两端开口的桶状物；

所述N个与机身联接的附翅包括：n个分别与所述机身联接的附翅及设置在M个复翅上的m个附翅，且所述复翅与机身相联接，每个所述复翅包括：翅架和联接在所述翅架上的至少一个附翅，其中所述翅架是与机身及附翅的联接构件，其中：N＝n+mN为大于等于4的正整数，M、n和m为大于等于零的整数；

所述N个附翅在空间排布成三维立体阵列形态，并且N个附翅多层叠加。

2.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，所述阵翅与工质耦合构成一个工质与环境开放的振动系统，也称之为集翅振动系统，所述工质是阵翅所包容的空间内的流体。

3.根据权利要求2所述的一种集阵振翅机，其特征是，通过激励附翅形成所述集翅振动系统的整体振动响应；或者，通过激励工质形成集翅振动系统的整体振动响应。

4.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，集阵振翅机还安装有流体约束构件，所述流体约束构件为固体片状材料制成的片状构件或两端开口的桶状构件，且所述片状流体约束构件面向阵翅安装在机身上；或者，所述阵翅安装在桶状流体约束构件所包容的空间内。

5.根据权利要求4所述的一种集阵振翅机，其特征是，在机身联接一对面向阵翅的片状流体约束构件，且阵翅在两个片状流体约束构件之间。

6.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，阵翅包括：M个多层叠加设置的复翅。

7.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，所述翅架为单一构件；或者，所述翅架为多构件的组合体。

8.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，所述翅架是杆件制成的闭合构件。

9.根据权利要求8所述的一种集阵振翅机，其特征是，所述翅架为圆环状，复翅由多个放射状排列的片翅与圆环状翅架联接构成；或者，复翅由多个并行排列的片翅与圆环状翅架联接构成；或者，所述复翅由多个蜂窝状排列的桶翅与翅架构成；或者，所述复翅由翅架和多个片翅及多个桶翅联接，形成复合形态。

10.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，翅架与片翅连接，且翅架或片翅摆动轴轴线将所述片翅划分为面积有差别或不等的两部分；或者，翅架与桶翅连接，且翅架或桶翅摆动轴轴线与所述桶翅相交。

11.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，所述翅架、附翅及机身为刚性材料；或者，所述翅架、附翅及机身为弹性材料；或者，所述翅架、附翅及机身相互联接部分为弹性材料、其它部分为刚性材料；所述翅架、附翅与机身为固定连接时，机身、翅架及附翅至少其中一个为弹性材料；或者，翅架、附翅及机身皆为刚性材料，翅架、附翅及机身之间，至少其中两个构件的联接是弹簧联接或通过运动副或运动链联接。

12.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，多个所述复翅各自所联接的附翅具有相互穿插间隔分布的结构形态，且至少一个复翅是通过运动副、运动链或弹性构件与机身联接。

13.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，附翅振动的动力由安装在集阵振翅机上的原动机提供；或者，附翅振动的动力由集阵振翅机上的人力提供。

14.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，安装在机身上原动机的动力通过运动链传输到附翅；或者，在集阵振翅机上的人力通过运动链传输到附翅，或者，原动机的动力或人力转化为电能后通过导线与安装在翅架或附翅上的振动电机相联结。

15.根据权利要求1所述的一种集阵振翅机，其特征是，安装在机身上原动机输出端通过往复运动机构与所述复翅相联接；或者，原动机输出端通过运动副或运动链与安装在翅架或附翅上的振子相联接；或者，电源通过导线与安装在翅架或附翅上的振动电机相连接；或者，原动机通过流体泵及管道与翅架或附翅上的流体振动马达联接；或者，集阵振翅机上的原动机联接流体泵再通过工质与附翅耦合。

16.根据权利要求7所述的一种集阵振翅机，其特征是，所述翅架是单一三维立体构件；或者，所述翅架是多构件的三维立体组合构件。