CN110194266A - 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 - Google Patents
一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110194266A CN110194266A CN201910489065.XA CN201910489065A CN110194266A CN 110194266 A CN110194266 A CN 110194266A CN 201910489065 A CN201910489065 A CN 201910489065A CN 110194266 A CN110194266 A CN 110194266A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crank
- pair
- transmission mechanism
- swingle
- flapping wing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 244000309464 bull Species 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 abstract description 5
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 abstract description 4
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C33/00—Ornithopters
- B64C33/02—Wings; Actuating mechanisms therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
本发明的单曲柄扑翼飞行器传动机构，一对主动曲柄呈V形对称设置，下端固定结合，且结合点铰接连接在飞行器机架上的第一安装点上，一对主动曲柄上端连接有一对长度相等、对称设置的连杆，连杆上端铰接连接在一对旋转杆中部，一对旋转杆下端铰接连接在飞行器机架上的第二安装点上，每侧旋转杆上段与第一安装点之间固定连接有弹簧，模仿现有生物胸腔的内部结构，在结构内部增加弹性元件，利用弹性元件储存和释放能量的作用来缓解传动机构能量损失过多的问题，减少能量浪费，提高续航时间，结构简单，运转过程中能量损耗少。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行技术中的一种单曲柄扑翼飞行器传动机构。
背景技术
扑翼飞行器是一种根据生物飞行原理仿生研制的飞行器，在传统固定翼和旋翼飞行器基础上，将举升、悬停、推进系统集于一对翅膀实现飞行功能，在飞行过程中具有非常好的机动性和稳定性，无论在民用领域，还是军事方面都有广泛的用途；现有技术中的扑翼飞行器主要为仿鸟型和仿昆虫型，仿昆虫型主要采用压电驱动等新型传动机构实现，而体积稍大的仿鸟型扑翼飞行器则是采用传统的单曲柄或双曲柄机构来实现两侧翅膀的拍动；单曲柄机构虽然空间尺寸小，但是两侧翼面始终存在相位差，会影响控制稳定性；而双摇杆机构的两侧机构之间具有误差，不能保持同步，且体积大，占用空间多，携带不方便；还存在载荷能力小、传动机构能量转换效率不高、携带的电池能源不能满足长久续航需求的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够模仿现有生物胸腔的内部结构，提高传动机构能量转换效率，减少能源浪费，相位对称度高，稳定性好的单曲柄扑翼飞行器传动机构。
本发明的单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：包括有一对固定连接的主动曲柄，一对主动曲柄呈V形对称设置，下端固定结合，且结合点铰接连接在飞行器机架上的第一安装点上，一对主动曲柄上端连接有一对长度相等、对称设置的连杆，连杆下端铰接连接在主动曲柄上端，连杆上端铰接连接在一对旋转杆中部，一对旋转杆下端铰接连接在飞行器机架上的第二安装点上，一对旋转杆长度相等、沿第二安装点对称设置，每侧旋转杆上段固定连接有弹簧，弹簧上端固定连接至旋转杆，下端固定连接至第一安装点；
所述传动机构在初始状态下一对连杆之间夹角小于一对主动曲柄之间夹角；
所述主动曲柄、连杆、旋转杆材料为碳纤维复合材料；
所述弹簧上端连接在旋转杆上部靠近上端的位置上；
所述弹簧为螺旋弹簧；
主动曲柄长度a、旋转杆长度b、连杆长度c与一对主动曲柄之间夹角β、第一安装点与第二安装点之间距离d、旋转杆上极限位置至下极限位置之间拍动角φ的计算公式为：
；
所述d=39mm，φ=51°，β=30°时，a=7mm，b=38mm，c=16mm。
本发明的单曲柄扑翼飞行器传动机构，通过一对主动曲柄、连杆、旋转杆与弹簧模仿现有生物胸腔的内部结构，在结构内部增加弹性元件，利用弹性元件储存和释放能量的作用来缓解传动机构能量损失过多的问题，减少能量浪费，提高续航时间，结构简单，运转过程中能量损耗少；当a=7mm，b=38mm，c=16mm，d=39mm，φ=51°，β=30°时，本发明的单曲柄弹性扑翼飞行器传动机构相对于不安装弹簧的传统机构，可以有效减少功率峰值40.3%。
附图说明
图1是本发明实施例的单曲柄扑翼飞行器传动机构的结构示意图，图中弧D1E1和弧D2E2分别为旋转杆末端D1、D2拍动过程中的轨迹，虚线O2E1和O2E2分别为旋转杆O2D1、O2D2拍动过程中下极限位置，实线O2D1和O2D2分别为旋转杆拍动过程中上极限位置，两极限位置之间的夹角φ为拍动角；
图中O1A1、O1A2为曲柄，长度为a；A1B1、A2B2为连杆，长度为b；
O2B1、O2B2为摇杆，长度为c；O1O2之间的距离为d。
具体实施方式
如图所示，一种单曲柄扑翼飞行器传动机构，总体结构依次为第一安装点O1、第二安装点O2、曲柄一O1A1、曲柄二O1A2、连杆一A1B1、连杆二A2B2、旋转杆一O2D1、旋转杆二O2D2、螺旋弹簧一O1C1和螺旋弹簧二O1C2，首先在飞行器机架上的第一安装点O1上铰接连接一对主动曲柄，分别为曲柄一O1A1、曲柄二O1A2，曲柄一O1A1、曲柄二O1A2铰接连接在第一安装点O1上，曲柄一O1A1、曲柄二O1A2下端焊接固定连接一起，通过固定连接点铰接连接在第一安装点O1上；旋转杆一O2D1、旋转杆二O2D2分别铰接连接在第二安装点O2上，连杆一与连杆二一端分别与曲柄一和曲柄二一端部连接，连杆一与连杆二另一端分别与旋转杆一O2D1、旋转杆二O2D2的中部铰接连接。
固定连接的曲柄一和曲柄二与第一安装点O1之间形成转动副一，旋转杆一O2D1、旋转杆二O2D2与第二安装点O2之间形成转动副二，曲柄一与连杆一之间形成转动副三，曲柄二与连杆二之间形成转动副四，连杆一和旋转杆一之间形成转动副五，连杆二和旋转杆二之间形成转动副六。
旋转杆一与第一安装点O1之间、旋转杆二与第二安装点O2之间分别用螺旋弹簧一和螺旋弹簧二连接，螺旋弹簧在旋转杆一O2D1、旋转杆二O2D2上的连接点分别为C1和C2，连接点C1和C2分别在旋转杆一O2D1上的B1 点到D1点之间、旋转杆二O2D2上的B2 点到D2点之间；
曲柄一O1A1、曲柄二O1A2、连杆一A1B1、连杆二A2B2、旋转杆一O2D1、旋转杆二O2D2的材料均采用碳纤维复合材料，重量轻，有利于减小负荷。
传动机构在初始状态下预装时，一对连杆之间夹角小于一对主动曲柄之间夹角，弹簧上端连接在旋转杆上部靠近上端的位置上，结构稳定可靠。
固定连接的曲柄一和曲柄二之间的夹角为β，曲柄一与曲柄二长度相等为a，摇杆一与摇杆二长度相等为b，连杆O2B1与连杆O2B2长度相等为c，机架一与机架二之间的距离为d，弧D1E1和弧D2E2分别为摇杆末端D1、D2拍动过程中的轨迹，虚线O2E1和O2E2分别为摇杆O2D1、O2D2拍动过程中下极限位置，实线O2D1和O2D2分别为摇杆拍动过程中上极限位置，两极限位置之间的夹角φ为拍动角该单曲柄双摇杆机构各杆长满足以下条件：
本发明的单曲柄扑翼飞行器传动机构，通过一对主动曲柄、连杆、旋转杆与弹簧模仿现有生物胸腔的内部结构，在结构内部增加弹性元件，利用弹性元件储存和释放能量的作用来缓解传动机构能量损失过多的问题，减少能量浪费，提高续航时间，结构简单，运转过程中能量损耗少；当a=7mm，b=38mm，c=16mm，d=39mm，φ=51°，β=30°时，本发明的单曲柄弹性扑翼飞行器传动机构相对于不安装弹簧的传统机构，可以有效减少功率峰值40.3%。
具体设计思路：
扑翼飞行器是一种根据生物飞行原理仿生研制的飞行器，与传统固定翼和旋翼飞行器相比具有无可比拟的优越性，它可以将举升、悬停、推进系统集于一对翅膀来实现飞行，飞行过程中具有非常好的机动性和稳定性，无论在民用领域，还是军事方面都有广泛的用途。
现有扑翼飞行器主要有仿鸟型和仿昆虫型，仿昆虫型主要采用压电驱动等新型传动机构实现，而体积稍大的仿鸟型扑翼飞行器则是采用传统的单曲柄或双曲柄机构来实现两侧翅膀的拍动。单曲柄机构虽然空间尺寸小，但是两侧翼面始终存在相位差，会影响控制的稳定性。而双摇杆机构虽然两侧翼面始终对称，但是结构原因，空间尺寸较大，难以做到小型化。
目前扑翼飞行器由于载荷的限制，携带的电池能源不能满足长久续航的需求，主要是由于传动机构的能量转换效率不高，而自然界生物身体内部由于肌肉组织等存在，能量损失非常少。所以可以模仿现有生物胸腔的内部结构，在结构内部增加弹性元件，利用弹性元件储存和释放能量的作用来缓解传动机构能量损失过多的问题，减少能量浪费，提高续航时间。
为了解决传统扑翼飞行器传动机构空间尺寸大，难以微型化的缺点，同时提高传动机构的能量转换效率，本发明提出一种单曲柄弹性扑翼飞行器传动机构，结构简单，运转过程中能量损耗少。
图1为单曲柄弹性扑翼飞行器传动机构的设计方案简化图，采用的是一对曲柄摇杆机构，其中两个曲柄采用固定焊接的方式使末端固定连接在一起，两曲柄之间在运转过程中始终存在固定夹角β。
O1C1、O1C2之间通过弹簧进行连接，扑翼机构运转过程中，弹簧的刚度和弹簧末端C1、C2的位置需要根据曲柄连杆机构的尺寸和施加在连杆上的载荷进行确定，以达到能量节省最优。
为使扑翼飞行器传动机构两侧摇杆对称性达到最佳效果，曲柄摇杆机构各杆长计算公式如下：
当a=7mm，b=38mm，c=16mm，d=39mm，φ=51°，β=30°时，该单曲柄弹性扑翼飞行器传动机构相对于不安装弹簧的情况，可以有效减少功率峰值40.3%。
Claims (7)
1.一种单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：包括有一对固定连接的主动曲柄，一对主动曲柄呈V形对称设置，下端固定结合，且结合点铰接连接在飞行器机架上的第一安装点上，一对主动曲柄上端连接有一对长度相等、对称设置的连杆，连杆下端铰接连接在主动曲柄上端，连杆上端铰接连接在一对旋转杆中部，一对旋转杆下端铰接连接在飞行器机架上的第二安装点上，一对旋转杆长度相等、沿第二安装点对称设置，每侧旋转杆上段固定连接有弹簧，弹簧上端固定连接至旋转杆，下端固定连接至第一安装点。
2.根据权利要求1所述单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：所述传动机构在初始状态下一对连杆之间夹角小于一对主动曲柄之间夹角。
3.根据权利要求1所述单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：所述主动曲柄、连杆、旋转杆材料为碳纤维复合材料。
4.根据权利要求1所述单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：所述弹簧上端连接在旋转杆上部靠近上端的位置上。
5.根据权利要求1所述单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：所述弹簧为螺旋弹簧。
6.根据权利要求1所述单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：主动曲柄长度a、旋转杆长度b、连杆长度c与一对主动曲柄之间夹角β、第一安装点与第二安装点之间距离d、旋转杆上极限位置至下极限位置之间拍动角φ的计算公式为：
。
7.根据权利要求6所述单曲柄扑翼飞行器传动机构，其特征在于：所述d=39mm，φ=51°，β=30°时，a=7mm，b=38mm，c=16mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910489065.XA CN110194266A (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910489065.XA CN110194266A (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110194266A true CN110194266A (zh) | 2019-09-03 |
Family
ID=67754134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910489065.XA Pending CN110194266A (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110194266A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101734375A (zh) * | 2008-11-10 | 2010-06-16 | 上海工程技术大学 | 超小型仿生扑翼飞行器的扑动装置 |
| CN103241379A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置 |
| CN106564595A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-19 | 北京理工大学 | 用于微型扑旋翼飞行器的压电驱动放大机构及其设计方法 |
| CN108382582A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-08-10 | 山东大学 | 一种可实现扑固翼结构转换的机电装置及飞行器 |
| CN109484642A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-19 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 一种用于科教演示的扑翼驱动机构 |
| CN210310872U (zh) * | 2019-06-06 | 2020-04-14 | 江苏航空职业技术学院 | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 |
-
2019
- 2019-06-06 CN CN201910489065.XA patent/CN110194266A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101734375A (zh) * | 2008-11-10 | 2010-06-16 | 上海工程技术大学 | 超小型仿生扑翼飞行器的扑动装置 |
| CN103241379A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置 |
| CN106564595A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-19 | 北京理工大学 | 用于微型扑旋翼飞行器的压电驱动放大机构及其设计方法 |
| CN108382582A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-08-10 | 山东大学 | 一种可实现扑固翼结构转换的机电装置及飞行器 |
| CN109484642A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-19 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 一种用于科教演示的扑翼驱动机构 |
| CN210310872U (zh) * | 2019-06-06 | 2020-04-14 | 江苏航空职业技术学院 | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110937108B (zh) | 一种可展向主动折叠机翼的双段式扑翼飞行器 | |
| CN107054645B (zh) | 一种羽翼变形仿生无人飞行器及变形控制方法 | |
| CN103241379B (zh) | 一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置 | |
| CN106314785B (zh) | 一种共轴双旋翼飞行器 | |
| CN107416202A (zh) | 微型扑翼飞行器 | |
| CN107117300B (zh) | 基于共轴多旋翼姿态调整的无人飞行器 | |
| CN106143911B (zh) | 一种单兵携带、可筒式存储和发射的可折叠无人机 | |
| CN105329443B (zh) | 一种扑动‑扭转耦合运动扑翼飞行器 | |
| CN110127049B (zh) | 一种“8”字形翼尖轨迹的微型仿生扑翼机 | |
| CN104401484A (zh) | 能自主折叠、展开的六旋翼飞行器机架 | |
| CN207809757U (zh) | 一种小展弦比自适应变体飞翼布局战斗机 | |
| CN210310872U (zh) | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 | |
| CN113460296B (zh) | 一种扑翼-双旋翼混合翼飞行器 | |
| TWI572526B (zh) | Miniature aircraft wings drive structure | |
| CN110194266A (zh) | 一种单曲柄扑翼飞行器传动机构 | |
| CN109911197A (zh) | 一种四自由度扑翼飞行器装置 | |
| CN205113712U (zh) | 一种两自由度扑翼飞行器 | |
| CN108639337A (zh) | 可实现空间运动轨迹的单自由度扑翼机构 | |
| CN210047624U (zh) | 一种新型扑翼飞行器的横滚控制结构 | |
| CN201419025Y (zh) | 一种航模直升机 | |
| CN108820206A (zh) | 一种鳞片式翼面积可变的扑翼飞行器 | |
| CN219056563U (zh) | 一种仿翼龙扑翼飞行器 | |
| CN105235903A (zh) | 仿生摆翼式飞行器 | |
| CN112340015A (zh) | 一种可以实现扑动扭转复合运动的仿生扑翼执行机构 | |
| CN112478155A (zh) | 一种两段式三自由度扑翼飞行器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |