CN108706100A - 仿大鸟扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿大鸟扑翼飞行器，包括左机翼、右机翼、尾翼、左机翼摇臂舵机、右机翼摇臂舵机、尾翼摇臂舵机、机翼固定板和动力传动系统；左、右机翼结构相同，均包括翼板架和翼板；左、右机翼摇臂舵机设置在机翼固定板上，机翼固定板的左、右两侧分别固定有左、右机翼支铰座，左、右翼板架立板上的空心转轴分别与对应的左、右机翼支铰座转动连接，左、右机翼摇臂舵机分别通过连杆与对应的一个空心转轴相连接；机翼固定板上设置有由曲柄滑块机构驱动上、下摆动的机翼摇臂，尾翼通过转轴设置在机翼摇臂的后端，机翼摇臂前端固定有左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索。本发明优点在于简单实用、安全可靠、制造维修方便。

Description

仿大鸟扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及扑翼飞行器，尤其是涉及仿大鸟扑翼飞行器。

背景技术

扑翼的飞行方式广泛存在于自然界飞行生物的飞行之中，扑翼飞行囊括了固定翼飞行和旋翼飞行的优点，可以快速地短距起飞、加速和悬停，具有高度的机动性和灵活性。飞行生物的飞行方式大致可分为三类：1、高频的扑动飞行：这种方式是采用频率极高、翅膀的运动规律复杂的扑翼形式，如蜂鸟和体型很小的鸟类和昆虫。它们翅膀的扑动频率约为60-80赫兹，能够在空中实现前进、后退、悬停和其它一些高难度的飞行动作；2、中频的扑翼飞行：主要是体型中等的鸟类如鸽子、燕子等，翅膀不太大，扑动频率相对高些，极少采用滑翔方式；3、低频率的扑动方式：即许多大型鸟类如大雁、天鹅、鹰等，翼展较长较大，扑翼频率较低，从零到数十赫兹不等，采用低频的扑动和滑翔相结合的扑动方式。

仿大鸟扑翼飞行器由于翼展较长较大，扑动频率较低，柔性扑动安定平稳可靠，可依此制造出大型的载人载物飞行器，动力采用电力、油力均可。但是，其难点在于机翼机构、动力机构和动力传递三方面的仿生设计水平。现有普遍使用的驱动机构多为齿轮连杆类，除了结构复杂、振动噪音大、传动效率低、使用寿命短外，制造成本也相对较高，因此，生产的产品只局限于航模、玩具之类小型飞行器。

发明内容

本发明目的在于提供一种仿大鸟扑翼飞行器。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的仿大鸟扑翼飞行器，包括左机翼、右机翼、尾翼、左机翼摇臂舵机、右机翼摇臂舵机、尾翼摇臂舵机、机翼固定板和动力传动系统；所述左、右机翼结构相同，均包括翼板架和翼板；所述翼板架包括立板，水平固定在所述立板一侧板面上的空心转轴；立板另一侧板面中部固定有上定滑轮和下定滑轮，位于所述上定滑轮的上方固定有上导向滑轮，位于所述下定滑轮的下方固定有下导向滑轮，位于上定滑轮和所述上导向滑轮之间沿飞行器轴向间隔铰接有第一上摆臂和第二上摆臂，位于下定滑轮和所述下导向滑轮之间沿飞行器轴向间隔铰接第一下摆臂和第二下摆臂；所述第一上摆臂和第一下摆臂的端部铰接有第一翼臂，所述第二上摆臂和第二下摆臂的端部铰接有第二翼臂；所述第一翼臂和第二翼臂结构相同，均由向下倾斜的弧形臂和立臂构成；左、右机翼的所述翼板固定在对应的所述弧形臂上；所述左、右机翼摇臂舵机设置在所述机翼固定板上，在机翼固定板上的左、右两侧分别固定有左、右机翼支铰座，左、右翼板架立板上的空心转轴分别与对应的左、右机翼支铰座转动连接，左、右机翼摇臂舵机分别通过连杆与对应的一个所述空心转轴相连接；机翼固定板上设置有由曲柄滑块机构驱动上、下摆动的机翼摇臂，所述机翼摇臂沿飞行器轴向设置并通过支铰座与机翼固定板连接，机翼摇臂上沿飞行器轴向开设有滑槽，所述曲柄滑块机构的滑块滑动设置在所述滑槽内；所述尾翼通过转轴设置在机翼摇臂的后端，所述尾翼摇臂舵机设置在机翼摇臂后部，尾翼通过连杆与尾翼摇臂舵机相连接；机翼摇臂的前端固定有左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索。

所述第一下摆臂和第二下摆臂之间通过连接杆固定为一体；所述左机翼上拉牵索一端穿过左翼板架的空心转轴、绕过上定滑轮和上导向滑轮与所述连接杆固定；左机翼下拉牵索一端穿过左翼板架的空心转轴、绕过下定滑轮和下导向滑轮与连接杆固定；所述右机翼上拉牵索一端穿过右翼板架的空心转轴、绕过上定滑轮和上导向滑轮与所述连接杆固定；右机翼下拉牵索一端穿过右翼板架的空心转轴、绕过下定滑轮和下导向滑轮与连接杆固定。

所述机翼摇臂的前端分别通过拉力弹簧固定有左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索。

本发明优点在于结构零件少、简单实用、安全可靠、制造维修方便、造价低廉，为仿大鸟扑翼飞行器大型化、商业化提供了一种切实可行的途径。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的I部放大结构示意图。

图3是图1的仰视结构示意图（图中隐去左机翼、右机翼、尾翼、机翼摇臂、曲柄滑块机构）。

图3.1是图3的J部放大结构示意图。

图4是本发明所述机翼摇臂处于水平状态的结构示意图。

图5是本发明所述机翼摇臂处于上仰状态的结构示意图（图中隐去尾翼摇臂舵机）。

图6是本发明所述机翼摇臂处于下俯状态的结构示意图（图中隐去尾翼摇臂舵机）。

图7是本发明所述机翼摇臂的工作原理图。

图8是本发明所述左机翼的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-3所示，本发明所述的仿大鸟扑翼飞行器，包括左机翼、右机翼、尾翼1、左机翼摇臂舵机2、右机翼摇臂舵机3、尾翼摇臂舵机4、机翼固定板5和动力传动系统；左、右机翼结构相同，均包括翼板架和翼板6、7；现以左翼板架为例进行说明：

如图2、3所示，翼板架包括立板8，水平固定在立板8一侧板面上的空心转轴9；立板8另一侧板面中部固定有上定滑轮10和下定滑轮11，位于上定滑轮10的上方固定有上导向滑轮12，位于下定滑轮11的下方固定有下导向滑轮13，位于上定滑轮10和上导向滑轮12之间沿飞行器轴向间隔铰接有第一上摆臂14和第二上摆臂15，位于下定滑轮11和下导向滑轮13之间沿飞行器轴向间隔铰接第一下摆臂16和第二下摆臂（图中因遮挡看不到）；第一下摆臂16和第二下摆臂之间通过连接杆17固定为一体；如图1、2所示，第一上摆臂14和第一下摆臂16的端部铰接有第一翼臂18，第二上摆臂15和第二下摆臂的端部铰接有第二翼臂19；第一翼臂18和第二翼臂19结构相同，均由向下倾斜的弧形臂和立臂构成；左、右机翼的翼板6、7固定在对应的弧形臂上。

如图2、3所示，左、右机翼摇臂舵机2、3设置在机翼固定板5上，在机翼固定板5上的左、右两侧分别固定有左、右机翼支铰座20、21，左、右翼板架立板8上的空心转轴9分别与对应的左、右机翼支铰座20、21转动连接，左、右机翼摇臂舵机2、3分别通过连杆22与对应的一个空心转轴9相连接。

如图1、2、4所示，机翼固定板5上设置有由曲柄滑块机构23驱动上、下摆动的机翼摇臂24，机翼摇臂24沿飞行器轴向设置并通过支铰座25与机翼固定板5连接，机翼摇臂24上沿飞行器轴向开设有滑槽26，曲柄滑块机构23的滑块27滑动设置在滑槽26内；尾翼1通过转轴28设置在机翼摇臂24的后端，尾翼摇臂舵机4设置在机翼摇臂24后部，尾翼1通过连杆29与尾翼摇臂舵机4传动连接。

机翼摇臂24的前端固定有左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索；左机翼上拉牵索、下拉牵索与左机翼的连接关系和右机翼上拉牵索、下拉牵索与右机翼的连接结构相同，现以左机翼上拉牵索、下拉牵索与左机翼的连接结构进行描述：

如图2、图3、图3.1所示，左机翼上拉牵索30一端绕过导向轮33、穿过左翼板架8的空心转轴9、绕过上定滑轮10和上导向滑轮12与连接杆17固定；左机翼下拉牵索31一端绕过导向轮34、穿过左翼板架8的空心转轴9、绕过下定滑轮11和下导向滑轮13与连接杆17固定；为起到缓冲作用，使左、右机翼上、下扑动的转换达到柔性效应，

机翼摇臂24的前端分别通过拉力弹簧32与左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索相连接。

本发明工作原理简述如下：

曲柄滑块机构23在原动力机驱动下带动滑块27作回转运动的同时，滑块27在滑槽26内作直线往复运动，从而带动机翼摇臂24绕支铰座25上下摆动，进而通过上拉牵索、下拉牵索为左机翼和右机翼提供扑翼动力。

现以左机翼为例作进一步说明：

如图3、3.1、8所示，上拉牵索30通过上定滑轮10、上导向滑轮12和连接杆17将机翼摇臂24上仰产生的动力传递给左机翼，使左翼板6作上扑动作的同时折叠收缩。同理，下拉牵索31通过下定滑轮11、下导向滑轮13和连接杆17将机翼摇臂24下俯产生的动力传递给左机翼，使左翼板6作下扑动作的同时伸展开。这样，上、下反复扑翼的最终结果是：上扑时，翼板6折叠收缩，减少飞行时的上升阻力；下扑时，翼板6伸展开扇动气流，增加飞行的上升动力。

如图1、2、3所示，左、右机翼摇臂舵机2、3的作用是驱动空心转轴9作顺时针或逆时针转动，继而带动左、右机翼前倾或后仰摇动，最终实现左、右机翼同时前倾使飞行器前进；或同时后仰使飞行器悬停漂浮空中或倒退。而当一侧机翼前倾、另一侧机翼后仰时，则配合尾翼1动态，可实现飞行器倾斜转弯、盘旋等多种飞行动作。

如图4-7所示，当滑块27从上止点A经前重合点D到下止点C作逆时针匀速旋转过程中，驱动机翼摇臂24绕支铰座25旋转向前下方倾斜，下行程的速度相对较慢；当滑块27从下止点C经后重合点B到上止点A作逆时针匀速旋转过程中，驱动机翼摇臂24绕支铰座25旋转向前上方倾斜，上行程的速度相对较快。本发明利用曲柄摇杆机构的 “急回特性”，在滑块27作逆时针运转时，通过拉力弹簧32拉动上拉牵索带动左、右机翼向上仰起的速度就相对较快，而通过拉力弹簧32拉动下拉牵索带动左、右机翼下俯的速度就相对较快，即：左、右机翼上扑（上仰）慢、下扑（下俯）快的动作对提高飞行器升空效率节约能源消耗是非常有利的。

另外，当尾翼摇臂舵机4通电动作时，通过尾翼转向连杆29带动固定在尾翼1上的尾翼转轴28作左右转动，进而带动尾翼1左右摇摆，这样设计的目的就是配合左右机翼做出各种飞行动作。

本发明驱动曲柄滑块机构23的原动机可以是电机或油机，通过原动机控制曲柄滑块机构23的曲柄转速，即可控制左、右机翼上下扑动的频率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种仿大鸟扑翼飞行器，包括左机翼、右机翼、尾翼、左机翼摇臂舵机、右机翼摇臂舵机、尾翼摇臂舵机、机翼固定板和动力传动系统；其特征在于：所述左、右机翼结构相同，均包括翼板架和翼板；所述翼板架包括立板，水平固定在所述立板一侧板面上的空心转轴；立板另一侧板面中部固定有上定滑轮和下定滑轮，位于所述上定滑轮的上方固定有上导向滑轮，位于所述下定滑轮的下方固定有下导向滑轮，位于上定滑轮和所述上导向滑轮之间沿飞行器轴向间隔铰接有第一上摆臂和第二上摆臂，位于下定滑轮和所述下导向滑轮之间沿飞行器轴向间隔铰接第一下摆臂和第二下摆臂；所述第一上摆臂和第一下摆臂的端部铰接有第一翼臂，所述第二上摆臂和第二下摆臂的端部铰接有第二翼臂；所述第一翼臂和第二翼臂结构相同，均由向下倾斜的弧形臂和立臂构成；左、右机翼的所述翼板固定在对应的所述弧形臂上；所述左、右机翼摇臂舵机设置在所述机翼固定板上，在机翼固定板上的左、右两侧分别固定有左、右机翼支铰座，左、右翼板架立板上的空心转轴分别与对应的左、右机翼支铰座转动连接，左、右机翼摇臂舵机分别通过连杆与对应的一个所述空心转轴相连接；机翼固定板上设置有由曲柄滑块机构驱动上、下摆动的机翼摇臂，所述机翼摇臂沿飞行器轴向设置并通过支铰座与机翼固定板连接，机翼摇臂上沿飞行器轴向开设有滑槽，所述曲柄滑块机构的滑块滑动设置在所述滑槽内；所述尾翼通过转轴设置在机翼摇臂的后端，所述尾翼摇臂舵机设置在机翼摇臂后部，尾翼通过连杆与尾翼摇臂舵机相连接；机翼摇臂的前端固定有左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索。

2.根据权利要求1所述仿大鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述第一下摆臂和第二下摆臂之间通过连接杆固定为一体；所述左机翼上拉牵索一端穿过左翼板架的空心转轴、绕过上定滑轮和上导向滑轮与所述连接杆固定；左机翼下拉牵索一端穿过左翼板架的空心转轴、绕过下定滑轮和下导向滑轮与连接杆固定；所述右机翼上拉牵索一端穿过右翼板架的空心转轴、绕过上定滑轮和上导向滑轮与所述连接杆固定；右机翼下拉牵索一端穿过右翼板架的空心转轴、绕过下定滑轮和下导向滑轮与连接杆固定。

3.根据权利要求1所述仿大鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述机翼摇臂的前端分别通过拉力弹簧固定有左机翼上拉牵索和下拉牵索、右机翼上拉牵索和下拉牵索。