CN108248856A - 双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器及其工作方法，属于新型飞行器。它包括机架，以及安装于机架上的双对翼，所述的双对翼包括位于下层的下对扑翼以及位于上层的上对扑翼，上、下双对扑翼可以重叠在一起。机架上设有驱动电机、减速机构、平面四连杆机构和对称布置的扑翼摇杆，所述驱动电机输出轴连接于减速机构的输入端，通过一级减速齿轮机构再传递到二级齿轮减速机构上然后带动两侧的曲柄进行转动然后带动摇杆进行上下的扑动，最终带动摇杆上的两对翼上下扑动。本发明提供由一种双曲柄摇杆无相差驱动机构驱动的双对翼飞行器，解决飞行过程中的稳定及升力不足的问题。

Description

双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种新型飞行器，具体涉及一种双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器及其工作方法。

背景技术

现代战争对于侦察隐蔽化、战场人员保护有越来越高的要求，无人机作为一种可携带侦察设备的低成本飞行器，可以隐蔽地实现战前和战时侦察，为战斗的决策和人员的保护提供丰富的信息。相比固定翼和旋翼无人机，扑翼无人机具有更低的噪音，其隐蔽性更好，可微程度远远大于前者，而且扑翼飞行器没有螺旋桨或喷射装置，从而它可以迅速起飞、加速、悬停，在民用和国防上有着广泛的应用前景，驱动机构是扑翼飞行器的核心部分，其目的是把执行机构的运动转换为机翼的拍打运动，从而产生扑翼飞行器所需要的空气动力，单曲柄双摇杆机构是在设计中采用较多的一种机构，但是单曲柄双摇杆机构的缺点是不能实现对称扑翼，左右翅膀之间存在一个不可避免的相位差，如果扑翼频率较高时左右翅膀的空气动力就会有明显的差异使得机构会出现颤振、倾斜甚至坠毁，而双曲柄摇杆与单曲柄双摇杆机构相比较，其机构中仅多出一个曲柄，能实现单自由度的扑翼运动同时效率也比较高，易于小型化，而且双曲柄双摇杆机构能实现对称扑翼，使得机构能够稳定运行，不会导致颤振、倾斜甚至坠毁现象的发生。

Weis-Fogh通过对小黄蜂的飞行进行研究，最终发现其产生高升力的振翅模式与鸟类不相同、启飞速度比鸟类更快，提出了“拍-合”（Clap-Fling）理论，如下图所示，即昆虫的翅膀前缘在绕着后缘快速转动打开的过程中升力会瞬时增大。小黄蜂在飞行过程中双翅上挥达到最高点的时候是出现完全重合的现象，当翅膀转为下拍时双翅从前缘突然分开，两个翅膀之间的夹角会变得越来越大，在这个过程中由于翅膀的转动速度很迅速，虽然周围的空气会绕过前缘往两翅之间流动，但是两翅之间还是出现了一个低压区，使得昆虫翅膀在下拍的开始阶段产生了一个较大的升力。本机构活用“拍-合”理论，下翅和上翅从完全重合到展开时，相比单扑翼会产生更高的升力。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供由一种双曲柄摇杆无相差驱动机构驱动的双对翼飞行器，解决飞行过程中的稳定及升力不足的问题。

本发明所述的一种双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器，其特征在:包括机架，安装于机架的机头及尾翼板；还包括安装于机架的对翼扑翼机构；所述对翼扑翼机构包括驱动电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、第二主动齿轮、第二从动齿轮、第三从动齿轮、右连杆、左连杆、前扑翼摇杆、后扑翼摇杆；其中第一主动齿轮安装于驱动电机输出轴，第一从动齿轮与第一主动齿轮啮合，第二主动齿轮与第一从动齿轮同轴固联，第二从动齿轮与第二主动齿轮啮合，第三从动齿轮与第二从动齿轮啮合；左连杆的右端偏心铰接于第三从动齿轮，左连杆的左端铰接于后扑翼摇杆的左部，后扑翼摇杆的中部铰接于机架；右连杆的左端偏心铰接于第二从动齿轮，右连杆的右端铰接于前扑翼摇杆的右部，前扑翼摇杆的中部铰接于机架； 所述对翼扑翼机构还包括上、下两对翼，分别为第一对翼和第二对翼； 前扑翼摇杆左侧和后扑翼摇杆右侧作为第一对翼的前缘；前扑翼摇杆右侧和后扑翼摇杆左侧作为第二对翼的前缘；机架、第三从动齿轮、左连杆、后扑翼摇杆构成了左侧平面四连杆机构；机架、第二从动齿轮、右连杆、前扑翼摇杆构成了右侧平面四连杆机构；两个平面四连杆机构中心对称。

所述的双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器的工作方法，其特征在:驱动电机依次经过第一主动齿轮、第一从动齿轮、第二主动齿轮带动第二从动齿轮转动，第二从动齿轮又带动第三从动齿轮转动；第二从动齿轮通过右侧平面四连杆机构，第三从动齿轮通过左侧平面四连杆机构带动第一对翼和第二对翼运动；第一对翼和第二对翼在一个周期的扑动中，实现极限位置的双对翼重叠。

驱动电机通过减速机构的两级齿轮减速，可以传递给曲柄较大的扭矩，而且传动效率高，双曲柄摇杆保证了与连杆铰接的两侧扑翼摇杆扑动完全对称，左侧曲柄摇杆与右侧曲柄摇杆中心对称布置，减少了扑翼摇杆之间的干涉，使同侧上翼和下翼易于达到0度的重合角。增加了扑翼摇杆扑动的紧凑性和稳定性，能够产生更高的飞行升力。

所述的双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器，其特征在:所述机架包括前支撑板、后支撑板、扑翼中轴；前支撑板和后支撑板通过支撑柱固定，后支撑板背离前支撑板方向延伸有电机孔及电机安装架。

所述前支撑板和后支撑板通过四根支撑柱固定，保证机架不会出现变形。后支撑板背离前支撑板方向延伸有电机安装孔，所述驱动电机可以通过电机安装孔精确定位于后支撑板上，并通过电机安装架固定。扑翼中轴作为翼面重要骨架，起着固定翼面位置及确定对翼完全轴对称的作用。

附图说明

图1为本发明安装双对翼后整体图；

图2为本发明未安装双对翼的示意图；

图3为本发明未安装双对翼的侧视图；

图4为本发明驱动机构图；

图5为本发明传动机构示意图；

标记名称：1.前扑翼摇杆 2.左连杆 3.第三从动齿轮 4.后支撑板 5.第一主动齿轮6.第一从动齿轮 7.第二从动齿轮 8.右连杆 9.后扑翼摇杆 10.机头 11.前支撑板 12.支撑柱 13.驱动电机 14.扑翼中轴 15.尾翼板 16.第一对翼 17.第二对翼 18.电机安装架19.第二从动齿轮轴 20.第三从动齿轮轴 21.驱动电机输出轴 22.第二主动齿轮 23.第一从动齿轮轴。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器，包括机架，以及安装于机架上的双对翼上对翼17和下对翼16、驱动电机13、减速机构、平面四连杆机构和对称布置的前扑翼摇杆1，后扑翼摇杆9和左连杆2、右连杆8对称设有两组，驱动电机13输出轴连接于减速机构的输入端。双对翼上对翼17和下对翼16分别以前扑翼摇杆1和后扑翼摇杆9与扑翼中轴14为骨架铺设。

如图2、图3和图4所示机架包括两个平行设置的前支撑板11和后支撑板4。机头10与前支撑板11垂直连接，后支撑板4与尾翼板15垂直连接，后支撑板4与尾翼板15通过扑翼中轴14连接。前支撑板11和后支撑板4通过支撑柱12固定，后支撑板4背离前支撑板11方向延伸有电机孔及电机安装架18，驱动电机13设于电机安装架18内。

如图4所示，减速机构包括安装于后支撑板4上一级齿轮传动机构和二级齿轮传动机构。一级齿轮传动机构包括安装于驱动电机输出轴21的第一主动齿轮5和安装于第一从动齿轮轴23上的第一从动齿轮6，二级齿轮传动机构包括与齿轮6同轴的第二主动齿轮22和安装于轴19的第二从动齿轮7。第二从动齿轮7的外端面铰接有右连杆8，安装于轴20的第三从动齿轮3与第二从动齿轮7啮合传动，确保传动无相位差。左侧平面四连杆机构：左连杆2偏心铰接于第三从动齿轮3的端面，后扑翼摇杆9左部与左连杆铰接，并通过销轴与后支撑板4连接，另一端铰接于前扑翼摇杆1。右侧平面四连杆机构：右连杆8偏心铰接于二级齿轮传动机构的第二从动齿轮7，前扑翼摇杆1右部与右连杆8铰接，并通过销轴与前支撑板11连接，销轴另一端铰接于后扑翼摇杆9。前扑翼摇杆1左侧和后扑翼摇杆9右侧作为下翼的前缘，前扑翼摇杆1右侧和后扑翼摇杆9左侧作为上翼的前缘，左侧平面四连杆机构与右侧平面四连杆机构中心对称，前扑翼摇杆1和后扑翼摇杆9扑动时保持紧凑性和稳定性，同时使得上对翼16和下对翼17一个周期的扑动中，能够实现极限位置的双对翼重叠，即上对翼16和下对翼17的夹角为0度。根据Clap-Fling理论，可以产生更高的升力。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器，其特征在:

包括机架，安装于机架的机头（10）及尾翼板（15）；

还包括安装于机架的对翼扑翼机构；

所述对翼扑翼机构包括驱动电机（13）、第一主动齿轮（5）、第一从动齿轮（6）、第二主动齿轮（22）、第二从动齿轮（7）、第三从动齿轮（3）、右连杆（8）、左连杆（2）、前扑翼摇杆（1）、后扑翼摇杆（9）；其中第一主动齿轮（5）安装于驱动电机（13）输出轴（21），第一从动齿轮（6）与第一主动齿轮（5）啮合，第二主动齿轮（22）与第一从动齿轮（6）同轴固联，第二从动齿轮（7）与第二主动齿轮（22）啮合，第三从动齿轮（3）与第二从动齿轮（22）啮合；

左连杆（2）的右端偏心铰接于第三从动齿轮（3），左连杆（2）的左端铰接于后扑翼摇杆（9）的左部，后扑翼摇杆（9）的中部铰接于机架；右连杆（8）的左端偏心铰接于第二从动齿轮（7），右连杆（8）的右端铰接于前扑翼摇杆（1）的右部，前扑翼摇杆（1）的中部铰接于机架；

所述对翼扑翼机构还包括上、下两对翼，分别为第一对翼（16）和第二对翼（17）；前扑翼摇杆（1）左侧和后扑翼摇杆（9）右侧作为第一对翼（16）的前缘；前扑翼摇杆（1）右侧和后扑翼摇杆（9）左侧作为第二对翼（17）的前缘；

机架、第三从动齿轮（3）、左连杆（2）、后扑翼摇杆（9）构成了左侧平面四连杆机构；机架、第二从动齿轮（7）、右连杆（8）、前扑翼摇杆（1）构成了右侧平面四连杆机构；两个平面四连杆机构中心对称。

2.根据权利要求1所述的双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器，其特征在:

所述机架包括前支撑板（11）、后支撑板（4）、扑翼中轴（14）；

前支撑板（11）和后支撑板（4）通过支撑柱（12）固定，后支撑板（4）背离前支撑板（11）方向延伸有电机孔及电机安装架（18）。

3.根据权利要求1所述的双曲柄摇杆无相差双对翼扑翼飞行器的工作方法，其特征在:

驱动电机（13）依次经过第一主动齿轮（5）、第一从动齿轮（6）、第二主动齿轮（22）带动第二从动齿轮（7）转动，第二从动齿轮（7）又带动第三从动齿轮（3）转动；

第二从动齿轮（7）通过右侧平面四连杆机构，第三从动齿轮（3）通过左侧平面四连杆机构带动第一对翼（16）和第二对翼（17）运动；

第一对翼（16）和第二对翼（17）在一个周期的扑动中，实现极限位置的双对翼重叠。