CN107140181A - 一种仿甲虫鞘翅的机翼 - Google Patents

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杨卫华
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/38—Adjustment of complete wings or parts thereof
    • B64C3/56—Folding or collapsing to reduce overall dimensions of aircraft

Abstract

本发明公开了一种仿甲虫鞘翅的机翼，属航空技术领域。一种仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：该仿甲虫鞘翅的机翼包括一组悬臂与翼体，悬臂的一端固定在机身上，另一端通过自由铰链与翼体连接。与现有技术相比，本发明能在保证水平飞行效果的同时消除机翼对垂直起降的干扰，具有利用物理原理进行自适应调整的特性，同时也可人工操作，能有效提高飞控反应的速度、灵敏度、容错能力、安全性和持续航行时间，具有机理协调、结构简单、成本低廉、可靠性高、适应性好等优点，可广泛应用于载人航空器或无人机等领域。

Description

一种仿甲虫鞘翅的机翼
技术领域
本发明涉及一种仿甲虫鞘翅的机翼，属于航空技术领域。
背景技术
载人飞行器可分为固定翼和旋转翼两大类，固定翼常见于水平起降飞行器（如喷气式客机），而旋转翼常见于垂直起降飞行器（如直升机）。就目前已经达到的技术水平来说，固定翼飞行器可以高速飞行，操作简便，但需依托跑道起降。旋转翼飞行器可以垂直起降，不需依托跑道起降，适应性强，但是机理失调，操控复杂，飞行速度慢，燃油效率低。
目前，垂直起降飞行器还存在一些无法克服的固有缺陷，主要表现为：（1）飞行速度有极限。受翼尖绝对速度必须小于音速的限制，旋转翼飞行器的理论速度不能超过420公里/小时。（2）可靠性低。旋翼桨叶的挥舞产生机械振动，增加了铰链的磨损使可靠性总是不如固定翼飞行器。（3）横滚稳定性差。两侧旋翼升力不均匀会导致旋转翼飞行器发生横滚，在几秒钟内就会倾覆失控。（4）操控复杂。直升机的旋翼既提供了飞行的机动性，同时也造成了飞行操控的复杂性。使得操控负荷远远大于固定翼飞机，加大了人为失误的概率。（5）无法做大。旋翼直径和转速受到翼尖速度不能超过音速的限制，旋翼直径一般最大就是十几米，飞行器尺寸受限，无法做得更大。（6）飞行机理失调。直升机虽然发展了近70年，但是飞行机理内在的协调性差，充满了先天性的矛盾。（7）采用固定翼的矛盾。很多新型复合式垂直起降飞行器尝试采用固定翼，但是面临小面积固定翼效果有限而大面积固定翼会对垂直起降时的下洗气流造成遮挡的矛盾。
总之，垂直起降飞行器的上述缺陷来源于机翼既要兼顾垂直起降又要满足水平飞行两种飞行模式而产生的矛盾。而目前并未有一种机翼能较有效的解决上述所述的矛盾。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何解决垂直起降飞行器需同时兼顾垂直起降与水平飞行两种飞行状态时产生的矛盾。
为解决上述技术问题，本发明提出一种仿甲虫鞘翅的机翼，该机翼是模仿甲虫鞘翅功能设计，主要表现在进入水平飞行状态时展开，转为悬停飞行状态时收拢。其包括一组悬臂与翼体，悬臂的一端固定在机身上，另一端通过铰链与翼体连接，形成基本的飞行器形态。为符合气动力学并满足飞行需求，所述翼体为零攻角安装，截面与常用固定翼的翼型截面相同。所述翼体上有同步限位机构，能控制翼体翻转的范围并使左右两翼翻转同步。该机翼可设置人工操控的机械装置，可人工控制或辅助翼体翻转；翼体使用刚性大面积机翼，使得翼载大大降低、升力大大提高，同时能保证飞行所需的稳定性。悬臂铰链的轴线与水平飞行方向平行，翼体完全下翻时与垂直方向夹角为0°，以保证水平展开时自然受力；翼体完全上翻时保持展平，即保持水平或基本水平，以满足飞行器水平飞行时的最大升力；悬臂的长度需保证翼体完全下翻后在机身之间留出足够的空间，减少对下洗气流的遮挡，一般翼体内侧与机体间距大于机体宽度的1/2。所述翼体可为折叠式或伸缩式结构，使整个机翼展开时能够突破机身高度对机翼长度的限制，从而提高航空器升力，翼体的折叠或伸缩采用常规方式实现。
与现有技术相比，本发明能在保证水平飞行需求的同时消除机翼对垂直起降的影响，并可同时利用物理原理进行自适应调整的特性，同时也可人工操作，，能有效提高飞控反应的速度、灵敏度、容错能力、安全性和持续航行时间，具有机理协调、结构简单、成本低廉、可靠性高、适应性好等优点，可广泛应用于载人航空器或无人机等领域。
附图说明
图1是本发明下翻收合示意图。
图2是本发明水平展开示意图。
图3是本发明使用开合同步限位机构实施例机翼处于收拢状态示意图。
图4是本发明使用开合同步限位机构实施例机翼处于完全展开状态示意图。
图中标号：1-机身、2-悬臂、3-翼体、4-限位机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：如图1-4所示，本发明提出一种仿甲虫鞘翅的机翼，该机翼是模仿甲虫鞘翅功能设计，主要表现在进入飞行状态时展开，离开飞行状态时收拢。其包括一组悬臂2与翼体3，悬臂2的一端固定在机身1上，另一端通过铰链与翼体3连接，形成基本的飞行器形态。为符合气动力学并满足飞行需求，所述翼体3为零攻角安装，截面与常用固体机翼截面相同。所述翼体3上有同步限位机构4，能控制翼体3翻转的范围并使左右两翼翻转同步。该机翼设置机械人工控制装置，可人工控制或辅助翼体3翻转；翼体3使用刚性大面积翼型，刚性大翼面翼载得以大大降低，升力大大提高，同时能保证其所需稳定性。悬臂2铰链的轴线与水平飞行方向平行，翼体3完全下翻时与垂直方向夹角为0°，以保证水平展开时合理受力；翼体3完全上翻时保持展平，以满足飞行器水平飞行时的结构需求；悬臂2的长度需保证翼体3完全下翻时翼体内侧与机体间距为机体宽度的2/3，以减少对下洗气流的遮挡。
实施例2：如图1-4所示，本发明提出一种仿甲虫鞘翅的机翼，该机翼是模仿甲虫鞘翅功能设计，主要表现在进入飞行状态时展开，离开飞行状态时收拢。其包括一组悬臂2与翼体3，悬臂2的一端固定在机身1上，另一端通过铰链与翼体3连接，形成基本的飞行器形态。为符合气动力学并满足飞行需求，所述翼体3为零攻角安装，截面与常用固体机翼截面相同。所述翼体3上有同步限位机构4，能控制翼体3翻转的范围并使左右两翼翻转同步。该机翼设置常规机械人工控制装置，可人工控制或辅助翼体3翻转；翼体3使用刚性大面积翼型，刚性大翼面翼载得以大大降低，升力大大提高，同时能保证其所需稳定性。悬臂2铰链的轴线与水平飞行方向平行，翼体3完全下翻时与垂直方向夹角为0°，以保证水平展开时合理受力；翼体3完全上翻时保持展平，以满足飞行器水平飞行时的结构需求；悬臂2的长度需保证翼体3完全下翻时翼体内侧与机体间距等于机体宽度，以减少对下洗气流的遮挡。翼体可为折叠式结构，使整个机翼展开时能够长度大于机身高度，翼体的折叠采用常规机械折叠方式实现。
实施例3：如图1-4所示，本发明提出一种仿甲虫鞘翅的机翼，该机翼是模仿甲虫鞘翅功能设计，主要表现在进入飞行状态时展开，离开飞行状态时收拢。其包括一组悬臂2与翼体3，悬臂2的一端固定在机身1上，另一端通过自由铰链与翼体3连接，形成基本的飞行器形态。为符合气动力学并满足飞行需求，所述翼体3为零攻角安装，截面与常用固体机翼截面相同。所述翼体3上有同步限位机构4，能控制翼体3翻转的范围并使左右两翼翻转同步。该机翼设置常规机械人工控制装置，可人工控制或辅助翼体3翻转；翼体3使用刚性大面积翼型，刚性大翼面翼载得以大大降低，升力大大提高，同时能保证其所需稳定性。悬臂2铰链的轴线与水平飞行方向平行，翼体3完全下翻时与垂直方向夹角为0°，以保证水平展开时合理受力；翼体3完全上翻时保持展平，以满足飞行器水平飞行时的结构需求；悬臂2的长度需保证翼体3完全下翻时翼体内侧与机体间距为机体宽度的1.2倍，以减少对下洗气流的遮挡。翼体为伸缩式结构，使整个机翼展开时能够长度大于机身高度，翼体的折叠伸缩采用常规机械伸缩方式实现。
上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：该机翼是模仿甲虫鞘翅功能设计，其包括一组悬臂（2）与翼体（3），悬臂（2）的一端固定在机身（1）上，另一端通过铰链与翼体（3）连接；所述翼体（2）可以围绕悬臂（2）的铰链自由转动，可以在空中根据飞行工况自动完成下翻垂直或上翻展平。
2.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述翼体（3）为零攻角安装，截面可以选用现有固定翼的翼型。
3.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述翼体（3）上有同步限位机构（4）。
4.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：该机翼可设置人工操控的机械装置。
5.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述翼体（3）使用刚性大面积翼型。
6.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述悬臂（2）铰链的轴线与水平飞行方向平行。
7.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述翼体（2）完全下翻时与垂直方向夹角为0°。
8.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述翼体（2）完全上翻时保持展平。
9.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述悬臂（2）的长度需保证翼体（3）完全下翻后在机身（1）之间留出足够的空间，一般翼体（3）内侧与机体（1）间距大于机体（1）宽度的1/2。
10.根据权利要求1所述的仿甲虫鞘翅的机翼，其特征在于：所述翼体（3）可为折叠式或伸缩式结构。
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