CN106585984A - 滚转式扑翼机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滚转式扑翼机，由滚转式扑翼为其提供升力。滚转式扑翼的翼板，在随旋臂的滚动时，自身也按一定规律转动，其效果是：当翼板随旋臂滚动到靠近机身时，翼板会侧身上举，此时的空气阻力极小；而翼板随旋臂滚动到远离机身时，翼板将展开并向下扑，拍打空气获得升力。滚转式扑翼的翼板在工作时，处于连续的滚转运动。本发明还提供了几种不同的应用方式和实例，不同的应用方式会有不同的效果。

Description

滚转式扑翼机

技术领域

本发明属于航空飞行器领域，特别是扑翼式飞行器领域。

背景技术

航空飞行器在大气层中飞行，利用飞行器的机翼与空气的相互作用来获得空气对飞行器的升力，从而使飞行器能克服地球的引力在空中飞行。航空飞行器有固定翼和活动翼之分，活动翼飞行器中有一种摸仿鸟类扑翼飞行的飞行器称作扑翼机；本发明是一种全新的扑翼机。现有的扑翼机主要摸仿鸟类的扑翼行为，大都有一个共同的特点，就是机翼作往复的上下扑动；这种往复的运动必须不断地克服机翼的运动惯性，会耗费额外的能源，导致效率下降。本发明将克服这一不足之处。

值得一提的是，有一种称作滚翼机的飞行器，其翼板在滚动中由摆线机构控制，按一定规律作往复的摆动，它的翼板利用率较低，且有往复运动，会消耗额外的能源，因而这种飞行器总的效率也较低。

发明内容

本发明给出一种全新的滚转式扑翼飞行器，它由机身、机翼、起落架、尾翼等组成，机身上装有动力系统、操纵系统、电子控制系统等。滚转式扑翼飞行器的基本特点是：飞行器的升力由安装在机身左右两侧的滚转式扑翼来提供；滚转式扑翼由翼板、旋臂、基座及其同步系统组成；翼板通过翼板旋转轴安装在旋臂上，翼板可相对旋臂作旋转运动，旋臂通过旋臂旋转轴安装在基座上，旋臂可相对基座作旋转运动；翼板和翼板驱动齿轮固定连接，基座和定位齿轮固定连接，定位齿轮通过同步传动部件，和翼板驱动齿轮作传动连接，定位齿轮到翼板驱动齿轮的传动比等于0.5，且翼板的转动方向和旋臂的转动方向相反。

定位齿轮、同步传动部件、翼板驱动齿轮组成了滚转式扑翼的同步系统。同步传动部件可以是齿轮、链条或同步带；也可以采用电子司服方式来实现，只要能达到定位齿轮到翼板驱动齿轮的传动比等于0.5，且翼板的转动方向和旋臂的转动方向相反的目的即可。

按照以上所述，当旋臂由动力系统带动旋转时，翼板会以旋臂旋转角速度二分之一的角速度，作和旋臂旋转运动方向相反的旋转运动。按照这种规律，当翼板随旋臂一起旋转到某一位置时，翼板的板面将与旋臂在此处的线速度方向垂直，此时翼板的迎风面积最大，此位置即为最大迎风位置；以此位置为基础，旋臂再旋转180°时，翼板的板面将与旋臂在此处的线速度方向平行，此时翼板的迎风面积最小，此位置即为最小迎风位置。最大迎风位置和最小迎风位置位于旋臂旋转轴的两侧，正好相差180°，而定位齿轮的方位决定了最大迎风位置和最小迎风位置的方位。当旋臂由动力系统带动旋转时，翼板总在最大迎风位置一侧拍打空气，获得升力；而在最小迎风位置一侧，翼板将侧身转回，空气阻力极小。这就是滚转式扑翼的优点。更为有利的是，翼板的上举和下扑动作是连续的滚转运动，而没有往复运动。

进一步的，滚转式扑翼通过其基座的旋转轴安装在机身的左右两侧，滚转式扑翼的基座可相对机身转动；滚转式扑翼的基座旋转轴程水平方向，并与飞行器前进方向垂直，且滚转式扑翼的基座旋转轴与滚转式扑翼的旋臂旋转面平行；滚转式扑翼的基座由操纵系统驱动并锁定，滚转式扑翼的旋臂由动力系统驱动。

所述动力系统是指，由各种发动机、电动机及其传动、调速、控制等部件组成的系统；所述操纵系统是指，人工操纵、机电助力操纵、全自动机电控制操纵等系统。动力系统和操纵系统不属于本发明内容，现有技术完全可以满足本发明对动力系统和操纵系统的要求，故在本说明书中不作叙述，在后面的附图中也略去了这两个系统。

此种布局的滚转式扑翼飞行器的工作原理是：滚转式扑翼的旋臂在动力系统的驱动下旋转，滚转式扑翼的翼板转到靠近机身时，翼板会侧身上举，当翼板转到远离机身时，翼板将展开并向下扑，拍打空气获得升力；操纵系统锁定基座，并保持滚转式扑翼的旋臂旋转轴程水平状态时，飞行器将在空中保持悬停状态；操纵系统驱动基座转动，并保持滚转式扑翼的旋臂旋转轴程前低后高方向时，飞行器向前飞行，该旋臂旋转轴程前高后低方向时，飞行器向后飞行；机身左右两侧的滚转式扑翼，其旋臂旋转轴方向不一致时，飞行器会在水平方向上转动，从而实现转向；机身的府仰角可由尾翼控制。

进一步的，所述滚转式扑翼通过其基座与飞行器的机身固定连接，滚转式扑翼的旋臂由动力系统驱动；该机身上还有额外的推进装置为飞行器的前进、后退及转向提供动力。

滚转式扑翼与飞行器的机身固定连接时，该扑翼不能相对机身转动，因而不能改变该扑翼的推力方向，则该扑翼仅用于为飞行器提供升力；所以需要额外的推进装置为飞行器的前进、后退及转向提供动力。

进一步的，在同一机身上安装有二组、三组及更多组滚转式扑翼。在同一机身上安装有二组以上的滚转式扑翼，特别是在同一机身的前后方向上安装有二组以上的滚转式扑翼，飞行器可以在没有尾翼的情况下稳定地飞行。

进一步的，在同一个滚转式扑翼的旋臂上，以旋臂旋转轴为中心，均匀的安装二个三个或更多个翼板及其同步系统，所述同步系统的定位齿轮固定连接在同一个基座上，或者，所述同步系统共享同一个定位齿轮。每个翼板的运动方式都相同，且每个翼板的最大迎风位置和最小迎风位置也相同。翼板的数量增加，能让飞行器飞行得更加稳定。

下面结合附图及实例作详细的说明。

附图说明

图1是所述滚转式扑翼的第一种结构示意图；

图2是所述滚转式扑翼的第二种结构示意图；

图3是所述滚转式扑翼的第三种结构示意图；

图4是图2的府视图；

图5是有两个翼板的滚转式扑翼示意图，图的上方是其主视图，下方是其府视图；

图6是第一种滚转式扑翼机的应用实例示意图；

图7是图6的后视图；

图8是第二种滚转式扑翼机的应用实例示意图；

图9是第三种滚转式扑翼机的应用实例示意图；

图10是图9所示滚转式扑翼机的平飞姿态图；

图11是图9所示滚转式扑翼机的前进姿态图；

图12是图9所示滚转式扑翼机的后退姿态图；

图13是图9所示滚转式扑翼机的转向姿态图；

图14是第四种滚转式扑翼机的应用实例示意图；

具体实施方式

图1、图2、图3给出了滚转式扑翼的三个实例示意图，图4是它们的府视图。

图1中，翼板2和翼板驱动齿轮10固定连接，翼板2通过翼板旋转轴9安装在旋臂1上，翼板2可相对旋臂1作旋转运动；定位齿轮3通过旋臂旋转轴5，和基座6固定连接；旋臂1和旋臂旋转轴5采用转动连接，定位齿轮3通过同步齿轮11与翼板驱动齿轮10啮合，定位齿轮3、同步齿轮11与翼板驱动齿轮10组成了本例的同步系统；定位齿轮3的齿数是翼板驱动齿轮10齿数的一半；旋臂1上固定连接着旋臂驱动齿轮15，用于连接动力系统。

图2中，翼板2通过翼板旋转轴9，和翼板驱动齿轮10固定连接，翼板旋转轴9和旋臂1采用转动连接；旋臂旋转轴5与旋臂1固定连接，旋臂1通过旋臂旋转轴5安装在基座6上，旋臂1可相对基座6作旋转运动；同步连接轴7的两端分别固定连接着同步齿轮4和同步齿轮8；定位齿轮3固定在基座6上，并通过同步齿轮4和同步齿轮8，与翼板驱动齿轮10啮合；定位齿轮3、同步齿轮4、同步连接轴7、同步齿轮8和翼板驱动齿轮10组成了本例的同步系统；定位齿轮3的齿数和翼板驱动齿轮10的齿数相等，而同步齿轮8的齿数是同步齿轮4齿数的一半。本实例中，旋臂1由旋臂旋转轴5获得的动力来驱动。

图3中，链条（或同步带）12取代了图2中的同步连接轴7、同步齿轮4及同步齿轮8，而定位齿轮3的齿数是翼板驱动齿轮10齿数的一半；定位齿轮3、链条（或同步带）12和翼板驱动齿轮10组成了本例的同步系统。

以上三个实例，只是本发明中关于滚转式扑翼构造的三个例子，特别是滚转式扑翼中的同步系统，在现有技术中，有许多种能满足本发明要求(定位齿轮到翼板驱动齿轮的传动比等于0.5，且翼板的转动方向和旋臂的转动方向相反)的传动方式，这里就不再一一列出。

图4中，基座6的方位已固定，旋臂1正处在最大迎风位置，翼板2呈展开状态；图中虚线部分表示了旋臂1在不同位置时，翼板2有不同的角度。图中可清楚地看到翼板2的运行轨迹。图中的点划线是最大迎风位置到最小迎风位置的连线，它的方位由前面图中的定位齿轮3的方位决定。当旋臂1作顺时针方向旋转时，翼板2总在基座6的右侧展开并下扑，以获得升力，而在基座6的左侧，翼板2侧身上举，空气阻力很小。

图5是有两个翼板的滚转式扑翼示意图，图的上方是其主视图，下方是其府视图。

图5中，两块翼板2分别安装在旋臂1的两端，且两块翼板2分别处在最大迎风位置和最小迎风位置，定位齿轮3固定在基座6上，且两块翼板2的同步系统共享同一个定位齿轮3，旋臂旋转轴5穿过基座6，与旋臂1固定连接，旋臂旋转轴5可相对基座6转动；旋臂1由旋臂旋转轴5获得的动力来驱动。

图6、图7给出了滚转式扑翼机的一个基本应用实例，图6是该实例的立体示意图，图7是图6的后视图。所有实例图中均略去了起落架；扑翼机是垂直起降型飞行器，它的起落架和所有垂直起降型飞行器一样，本发明不再对此作叙述。

图6中，滚转式扑翼由旋臂1、两块翼板2、旋臂旋转轴5和基座6组成，所述滚转式扑翼通过基座旋转轴15，和机身13连接，所述滚转式扑翼的基座6可以相对机身转动；动力系统通过旋臂旋转轴5，来驱动所述滚转式扑翼转动，操纵系统通过基座旋转轴15，来控制所述滚转式扑翼的方位，从而控制飞行器的飞行姿态。由于只有一组滚转式扑翼，该飞行器的府仰角还需要尾翼14来控制。

图7中，滚转式扑翼的两块翼板分别处在最大迎风位置和最小迎风位置，且最大迎风位置到最小迎风位置的连线，与水平面程一个夹角，这样有助于提高飞行器左右方向上的稳定性；图中虚线部分表示出了滚转式扑翼翼板的运行轨迹。

图8是在同一个机身上安装有两组滚转式扑翼的应用实例示意图。由操纵系统分别控制每一个滚转式扑翼的方位，可以控制飞行器的飞行姿态。

图9、图10、图11、图12和图13给出了另一个应用实例，图9是该实例的立体示意图，图10是该实例的平飞姿态图，图11是该实例的前进姿态图，图12是该实例的后退姿态图，图13是该实例的转向姿态图。

图9中，两个滚转式扑翼安装在同一个基座上，在操纵系统的控制下，所述两个滚转式扑翼会成为一个整体进行转动；同时本实例的尾翼也由滚转式扑翼来担任；这样的结构会使飞行器具有极好的机动性能。

图14给出了滚转式扑翼与机身固定连接的应用实例。

图14中，滚转式扑翼的翼板两端分别有一个旋臂及其同步系统，动力系统通过两边的旋臂旋转轴共同驱动翼板运动，所述滚转式扑翼与机身固定连接。本实例的尾翼也由滚转式扑翼来担任，所述尾翼也是本实例的推进装置和转向装置。

以上实例仅用于对本发明的详细解释和描述，并提供几种不同的应用方式，并非对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种航空飞行器，特别是一种滚转式扑翼机，它由机身、机翼、起落架、尾翼等组成，机身上装有动力系统、操纵系统、电子控制等系统，其特征是：飞行器的升力由安装在机身左右两侧的滚转式扑翼来提供；

所述滚转式扑翼由翼板2、旋臂1、基座6及其同步系统组成；翼板2通过翼板旋转轴9安装在旋臂1上，翼板2可相对旋臂1作旋转运动，旋臂1通过旋臂旋转轴5安装在基座6上，旋臂1可相对基座6作旋转运动；翼板2和翼板驱动齿轮10固定连接，基座6和定位齿轮3固定连接，定位齿轮3通过同步传动部件，和翼板驱动齿轮10作传动连接，定位齿轮3到翼板驱动齿轮10的传动比等于0.5，且翼板2的转动方向和旋臂1的转动方向相反。

2.根据权利要求1所述的滚转式扑翼机，其特征是：所述滚转式扑翼通过其基座旋转轴15安装在机身的左右两侧，滚转式扑翼的基座6可相对机身转动；滚转式扑翼的基座旋转轴15程水平方向，并与飞行器前进方向垂直，且滚转式扑翼的基座旋转轴15与滚转式扑翼的旋臂1的旋转面平行；滚转式扑翼的基座6由操纵系统驱动并锁定，滚转式扑翼的旋臂1由动力系统驱动。

3.根据权利要求1所述的滚转式扑翼机，其特征是：所述滚转式扑翼通过其基座与飞行器的机身固定连接，滚转式扑翼的旋臂由动力系统驱动；该机身上还有额外的推进装置为飞行器的前进、后退及转向提供动力。

4.根据权利要求1所述的滚转式扑翼机，其特征是：在同一机身上安装有二组、三组及更多组滚转式扑翼。

5.根据权利要求1所述的滚转式扑翼机，其特征是：在所述滚转式扑翼的同一个旋臂上，以旋臂旋转轴为中心，均匀的安装二个三个或更多个翼板及其同步系统，所述同步系统的定位齿轮固定连接在同一个基座上，或者，所述同步系统共享同一个定位齿轮。