CN106585984B - 滚转式扑翼机 - Google Patents
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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
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呈水平方向,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呈水平状态时,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呈前低后高方向时,飞行器向前飞行,该旋臂旋转轴呈前高后低方向时,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、三组或更多组滚转式扑翼。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,与水平面呈一个夹角,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)
1.一种滚转式扑翼机,它包括机身、机翼、起落架、尾翼,机身上装有动力系统、操纵系统、电子控制系统,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,所述翼板(2)以旋臂(1)旋转角速度二分之一的角速度作旋转运动,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)呈水平方向,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、三组或更多组滚转式扑翼。
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。
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