CN107161338A - 一种单翼或多翼旋转扑翼装置 - Google Patents

Abstract

一种单翼或多翼旋转扑翼装置，包括由发动机、主动轮、从动轮、扑翼、滑动连杆机构组成。发动机驱动主动轮做连续旋转运动，主动轮与从动轮之间通过滑动连杆机构连接。主动轮上数个连接轴镶嵌进滑动连杆的滑动腔中，连接轴能在滑动腔中上下滑动，从动轮上相应连接轴与滑动连杆的另一端孔位镶嵌，从动轮连接轴可以在孔位中旋转。从动轮上镶嵌一个或数个扑翼翼翅，当主动轮带动从动轮旋转时，通过滑动连杆机构的滑动腔的作用，可以使扑翼在旋转的同时改变运动方向，向下运动以最大面积压迫空气或水产生最大反作用力，向上运动时由于滑动腔的作用，扑翼改变仰角方向，与空气或水形成最小切角，减弱空气或水的阻力。

Description

一种单翼或多翼旋转扑翼装置

技术领域

本发明涉及一种单翼或多翼旋转扑翼装置，属于机械制造领域，特别是一种扑翼飞行器或扑翼航行器的扑翼装置。

背景技术

扑翼飞行器或扑翼航行器的扑翼装置是一种模仿鸟类飞行的装置，它具有重量轻、使用灵活、效率高等优势，如果搭载传感器和相关的数据传输和控制系统，具有广阔的应用前景。人类现有的飞行器主要还是依靠螺旋桨和固定翼产生空气升力及动力，研究表明，鸟类、昆虫、蝙蝠的飞行效率远远高于现在人类现有飞行技术。它们可以消耗极小的能量飞得更高更远。扑翼飞行器，是指像鸟一样通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器，扑翼飞行器在飞行过程中靠双翼扇动进行飞行。扑翼飞行与固定翼和旋翼飞行相比，具有如原地或小场地起飞，良好的飞行机动性和一定的空中悬停性能，长距离飞行能耗较少等特点。扑翼飞行器有诸多优点，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，机械效率高于固定翼飞机。

现有扑翼装置大多通过复杂的扑翼驱动机构实现扑翼的复合运动，这种技术途径必须以增大扑翼飞行器空机重量和降低可靠性为代价，应用受到了限制。 由于扑翼驱动机制多为单纯的平面上下扑动，而自然界的鸟类和昆虫在飞行过程中，其翼的扑动除了上下运动之外，还附加了前后扫掠以及翼面绕展向的扭转。对于鸟类和昆虫飞行的相关研究表明，复合扑动模式的气动效率显著高于单纯上下扑动。

目前扑翼机和扑翼航行器还没能达到实用阶段，主要是传统的扑翼方式效率低，扑翼做上下往复摆动，运动的连续性差，运动装置对材料的疲劳强度要求太高。

中国专利“一种连续扑翼飞行器”(授权公告号CN103213680B，授权公告日2015年2月18日)公开了一具有三个扑翼，转翼轴在同一平面以三叉星形分布的扑动装置。该发明是由三根扑翼连续扑打空气来产生升力、前行力或后行力的飞行器，具有机械效率高，连续稳定，安静，控制反推力方向容易准确的优点。其不足之处是，机构的组成比较复杂，难以轻量化，且扑翼叶片在与空气发生作用时，除了产生升力外，扑翼翼翅的背面也会产生反作用力，虽然设置成为一定的弧度，但依然会产生极大的风阻，加大了机械动力的损失。

中国专利“伪仿生扑翼飞机”(授权公告号101618765A，授权公告日2010年1月6日)由靠近机身前缘与其平行安装的一个扑翼转轴带动两个扑翼上下摆动，扑翼由翼撑和翼羽组成，翼撑为细长支杆，翼羽沿翼撑轴线等距安装，所有翼羽宽度相同，其长度由小到大从前向后依次排列，相邻翼羽两两重叠。翼羽由硬质杆和弹性薄片制成，在上扑过程中可以打开，避免产生负升力。其不足之处是，特殊的机翼设计使整个机翼的转动惯量和气动阻力增加，需要伺服电机较大的功率输出，增加了扑翼飞机的自重，影响了载荷特性；弹性薄片变形能力匹配困难，难以获得理想的气动效率：变形能力强，则整个变形过程耗时长，在扑翼扑动频率较大时响应滞后，无法实现预定的上扑打开、下扑合拢的效果；变形能力太差，则扑动过程中打开和合拢的幅度较小，效果非常有限。

传统的扑翼装置，为了减少空气的反作用力，翼翅的背部设置均有一定的弧度，翼翅是按弧轨迹扑动的，翼翅上下拍动时在横向的水平方向即翅膀展长方向产生了一部分空气动力分量，该水平方向的分量对飞行器的前行和升空都没有正面效果，是动力的一种损耗；传统扑翼飞行器大多为两片翅膀，飞行不够灵活，机动性不强。但是即使最佳弧度设置，依然会产生反作用力，消耗大量的机械动力能量。

现有的扑翼发明专利或实用新型专利，均单独涉及飞行器或航行器。能够使用同一原理且同时能够装备在飞行器和航行器上的扑翼装置依然难以在实际中生产使用。

发明内容

针对上述扑翼装置存在的难以消除空气或水的反作用力的缺陷，本发明提供一种能够最大限度消除空气或水的反作用力的扑翼装置，减弱或消除空气或水的反作用力而产生的机械动力损耗。

本发明提供了一种单翼或多翼旋转扑翼装置，包括发动机、主动轮、从动轮、扑翼、滑动连杆机构。所述发动机驱动主动轮做连续旋转运动，主动轮与从动轮之间通过滑动连杆机构连接，主动轮上数个连接轴镶嵌进滑动连杆的滑动腔中，可以连接轴可以在滑动腔中上下滑动，从动轮上相应连接轴与滑动连杆的另一端孔位镶嵌，从动轮连接轴可以在孔位中旋转。从动轮上镶嵌一个或数个扑翼翼翅，当主动轮带动从动轮旋转时，通过滑动连杆机构的滑动腔的作用，可以使扑翼在旋转的同时改变运动方向（将旋转运动改变为直线运动，类似剃须刀原理），向下运动以最大面积压迫空气或水产生最大反作用力，向上运动时由于滑动腔的作用，扑翼改变仰角方向，与空气或水形成最小切角，减弱或消除空气或水的阻力。

本发明提供了一种单翼或多翼旋转扑翼装置，其特征在于：扑翼翼翅不是由发动机直接驱动，而是由主动轮带动从动轮驱动扑翼翼翅。发动机的作用是驱动主动轮做旋转运动，主动轮通过滑动连杆机构带动从动轮做旋转运动的同时，主动轮上的滑动连杆机构轴柱随着主动轮转动在滑动连杆机构的滑动腔中上下运动，当滑动连杆机构轴柱到达滑动腔下止点时，扑翼翼翅呈现水平下移，与空气或水的流动方向呈垂直方向，这个时候产生最大阻力，即产生最大升力或推动力；然后随着主动轮转动，主动轮上的滑动连杆机构轴柱随着主动轮转动在滑动连杆机构的滑动腔中向上止点方向运动，扑翼翼翅仰角发生变化，与空气或水之间作用力的也随之发生变化，阻力逐渐减少，当主动轮上的滑动连杆机构轴柱随着主动轮转动在滑动连杆机构的滑动腔中运动到达上止点时，这个时候，扑翼翼翅与空气或水之间的反作用力最小。

本发明提供了一种单翼或多翼旋转扑翼装置，滑动连杆机构上的滑动腔的上止点和下止点之间的距离设计与扑翼翼翅与空气或水之间的反作用力方向的角度从0-90°之间变化，当滑动连杆机构轴柱在下止点时，扑翼翼翅与空气或水之间的反作用力方向的角度是0°，这个时候扑翼翼翅与空气或水之间的反作用力最大；当滑动连杆机构轴柱在下止点时，扑翼翼翅与空气或水之间的反作用力方向的角度是90°，这个时候扑翼翼翅与空气或水之间的反作用力最小。

本发明提供了一种单翼或多翼旋转扑翼装置，本扑翼装置可以为单翼装置，也可以根据需要增加扑翼翼翅成为多翼扑翼装置。

本发明提供了一种单翼或多翼旋转扑翼装置，可以以对称两组为单位装备在扑翼飞机或扑翼航行器上，根据动力需要安装多对扑翼装置。

本发明提供了一种单翼或多翼旋转扑翼装置，不仅可以装备在扑翼飞行器上，也可以装备在扑翼航行器上，如轮船或潜艇上。

附图说明

图1是本发明装置的示意图。

图2是滑动连杆机构示意图。

图3是使用本发明装置飞行器示意图。

1是发动机、2是主动轮、3是从动轮、4是滑动连杆机构、5是扑翼翼翅、6是主动轮连接轴、7是滑动腔、8是从动轮连接轴、9为飞行器机身、10为飞行器尾翼、11为滑动连杆机构从动轮连接轴孔位、12为滑动腔上止点、13为滑动连杆机构主动轮连接轴孔位、 14 为滑动腔下止点。

具体实施方式

如图1、图2所示,本发明提供的单翼或多翼旋转扑翼装置，包括发动机1、主动轮2、从动轮3、扑翼翼翅5、滑动连杆机构4，发动机1驱动主动轮2做连续旋转运动，主动轮2与从动轮3之间通过滑动连杆机构4连接。主动轮2上主动轮连接轴6镶嵌进滑动连杆的滑动腔7中，主动轮连接轴6可以在滑动腔7中上下滑动，从动轮连接轴8与滑动连杆机构4的另一端孔位镶嵌。从动轮连接轴8可以在滑动连杆机构的孔位中旋转，从动轮3上镶嵌一个或数个扑翼翼翅5，当主动轮2带动从动轮3旋转时，通过滑动连杆机构4的滑动腔7的作用，可以使扑翼翼翅5在旋转的同时改变运动方向，向下运动以最大面积压迫空气产生最大升力，向上运动时由于滑动腔7的作用，扑翼翼翅5改变仰角方向。滑动连杆机构4上的滑动腔上止点12和滑动腔下止点14之间的距离设计使扑翼翼翅5与空气或水之间的反作用力方向的角度从0-90°之间变化，当滑动连杆机构主动轮连接轴6在滑动腔下止点14时，扑翼翼翅5与空气或水之间的反作用力方向的角度是0°，这个时候扑翼翼翅5与空气或水之间的反作用力最大；当滑动连杆机构主动轮连接轴6在滑动腔下止点14时，扑翼翼翅5与空气或水之间的反作用力方向的角度是90°，这个时候扑翼翼翅5与空气或水之间的反作用力最小。

采用上述结构后，本发明在克服空气或水对扑翼翼翅的反作用力方面设计新颖，创意独特，可以极大减少空气或水对扑翼翼翅的反作用力，极大地提高机械使用效率，节约大量的发动机燃料，大幅增加扑翼设施的飞行或航行距离。

上述实施例仅为利于说明，并非用来限制本发明的实施态样，本发明日后的实施，并不以此为限制，凡以本发明的技术特征所为的改良实施，皆受本发明所约束。

Claims (3)

1.一种单翼或多翼旋转扑翼装置，包括发动机（1）、主动轮（2）、从动轮（3）、扑翼翼翅（5）、滑动连杆机构（4），其特征在于：发动机（1）驱动主动轮（2）做连续旋转运动，主动轮（2）与从动轮（3）之间通过滑动连杆机构（4）连接，主动轮（2）上主动轮连接轴（6）镶嵌进滑动连杆的滑动腔（7）中，主动轮连接轴（6）可以在滑动腔（7）中上下滑动，从动轮连接轴（8）与滑动连杆机构（4）的另一端孔位镶嵌，从动轮连接轴（8）可以在滑动连杆机构的孔位中旋转，从动轮上（3）镶嵌一个或数个扑翼翼翅（5），当主动轮（2）带动从动轮（3）旋转时，通过滑动连杆机构（4）的滑动腔（7）的作用，可以使扑翼翼翅（5）在旋转的同时改变运动方向，向下运动以最大面积压迫空气产生最大升力，向上运动时由于滑动腔（7）的作用，扑翼翼翅（5）改变仰角方向，与空气形成最小切角，减弱或消除空气或水的阻力。

2.根据权利要求1所述的一种单翼或多翼旋转扑翼装置，其特征在于：所述的主动轮（2）、从动轮（3）之间由滑动连杆机构（4）连接，主动轮由发动机（1）驱动，从动轮由滑动连杆机构（4）带动，从动轮上扑翼翼翅（5）轴柱连接在滑动连杆机构（4）的一端。

3.根据权利要求1所述的一种单翼或多翼旋转扑翼装置，其特征在于：所述的滑动连杆机构（4）一端为滑动腔（7），滑动腔（7）为中空状态，主动轮（2）上的连接轴（6）可以在滑动腔（7）中上下滑动，这样可以将扑翼（5）由旋转运动转变为直线运动，从而改变扑翼（5）的仰角，减弱或消除空气或水的阻力。