CN112278260A - 一种扑翼与旋翼结合的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种扑翼与旋翼结合的飞行器，包括机舱，机舱内设有驱动装置，机舱顶部设有飞行装置，飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，第一飞单元包括套筒、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的旋翼，转动轴承二固定于套筒，套筒固定于机舱，第二飞行单元包括传动杆、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一上的多组扑翼，转动轴承一固定于传动杆上端，传动杆下端穿过套筒，并连接于机舱内的驱动装置，驱动装置驱动传动杆在套筒内作垂直上下往复动作，使多组扑翼与旋翼之间产生相对的张合运动。采用这样的结构设置，通过驱动装置驱动传动杆在套筒内作垂直上下往复动作，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果。

Description

一种扑翼与旋翼结合的飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种扑翼与旋翼结合的飞行器。

背景技术

飞行器的升力装置是一种基于空气动力学的装置，根据结构可以分为固定翼和旋翼，固定翼飞行器一般具有机身以及对称设置的固定翼，由推进器提供动力以获得较大的飞行速度和机动性。其飞行原理在于固定翼与空气之间存相对的速度，空气与固定翼的各面相互作用产生升力从而使飞机获得飞行能力。固定翼飞行器的缺陷在于不能在空中悬停，需要在跑道上滑行起飞或降落以及机场设施建设的支持。旋翼飞行器如直升机，特点在于起飞时无需跑道，可以在空中悬停，其动力系统包括发动机和旋翼，发动机驱动旋翼旋转产生向下的作用力，该作用力即升力克服地球引力使飞机离地飞行。其缺陷在于巡航速度较低，载重量不高，效率较低，但对地面设施的依赖度很少。

自转旋翼机是结合了固定翼和旋翼两种方式的飞行器，其主要结构包括了旋翼、轮式起落架和推进器，推进器驱动自转旋翼机在跑道上滑行，滑行过程中空气与旋翼叶片相互作用，空气可以推动旋翼叶片旋转，而旋翼叶片旋转则相对滑行方向产生作用力，当旋翼叶片的转速足够高时，该作用力使飞机升空从而实现飞行。其优点是对起飞跑道要求较低但仍旧需要滑行距离，而且不能在空中悬停应用范围有限。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种扑翼与旋翼结合的飞行器，有效解决现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：

一种扑翼与旋翼结合的飞行器，包括机舱，机舱内设有驱动装置，机舱顶部设有飞行装置，飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，第一飞单元包括套筒、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的旋翼，转动轴承二固定于套筒，套筒固定于机舱，第二飞行单元包括传动杆、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一上的多组扑翼，转动轴承一固定于传动杆上端，传动杆下端穿过套筒，并连接于机舱内的驱动装置，驱动装置驱动传动杆在套筒内作垂直上下往复动作，使多组扑翼与旋翼之间产生相对的张合运动。

根据上述方案，所述旋翼与扑翼的翼型结构相同，其上侧平面为扰流翼面，下侧平面为扇动翼面；扰流翼面由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面和扇动翼面在纵向的投影平面呈非对称结构。

根据上述方案，所述扰流翼面与扇动翼面的前侧缘相互闭合构成前翅缘，扰流翼面与扇动翼面的后侧缘相互闭合构成后翼尾；扰流翼面前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘。

根据上述方案，所述扇动翼面与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

根据上述方案，所述旋翼对应设置有攻角调节器，机舱内设有中央处理器，攻角调节器与中央处理器电路连接。

根据上述方案，所述驱动装置包括固定杆、曲柄转轮、传动结构与驱动电机，固定杆上端铰接于传动杆，固定杆下端固定于曲柄转轮上，驱动电机通过传动结构驱动曲柄转轮转动，驱动电机中央处理器电路连接。

根据上述方案，所述机舱底部设有起落架。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，通过驱动装置驱动传动杆在套筒内作垂直上下往复动作，进而实现带动转动轴承一以及转动轴承一上的多组扑翼绕转动轴承一作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，且组扑翼在转动的同时还可以上下扑动，进而可进一步提高升力，其结构简单且紧凑，成本低。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明多组扑翼示意图；

图3是本发明扑翼和旋翼的翼型剖视图。

图中：1.机舱；2.起落架；3.铰接结构；4.攻角调节器；5.中央处理器；6.扑翼；7.旋翼；8.转动轴承一；9.传动杆；10.转动轴承二；11.套筒；12.固定杆；13.曲柄转轮；14.传动结构；15.驱动电机；20.扰流翼面；21.扇动翼面；22.前翅缘；23.后翼尾；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述一种扑翼与旋翼结合的飞行器，包括机舱1，机舱1内设有驱动装置，机舱1顶部设有飞行装置，飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，第一飞单元包括套筒11、转动轴承二10以及对称固定于转动轴承二10两侧的旋翼7，转动轴承二10固定于套筒11，套筒11固定于机舱1，第二飞行单元包括传动杆9、转动轴承一8以及对称固定于转动轴承一8上的多组扑翼6，转动轴承一8固定于传动杆9上端，传动杆9下端穿过套筒11，并连接于机舱1内的驱动装置，驱动装置驱动传动杆9在套筒11内作垂直上下往复动作，使多组扑翼6与旋翼7之间产生相对的张合运动。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，通过驱动装置驱动传动杆9在套筒11内作垂直上下往复动作，进而实现带动转动轴承一8以及转动轴承一8上的多组扑翼6绕转动轴承一8作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，且组扑翼6在转动的同时还可以上下扑动，进而可进一步提高升力，其结构简单且紧凑，成本低。

如图2所示，需要说明的是，当采用两组扑翼6时，其相差为180度，当采用三组扑翼6时，其相差为120度，其扑翼6的组数越多升力越大，同时采用扑翼6的结构可以提高预热效果。

在本实施例中，所述旋翼7与扑翼6的翼型结构相同，其上侧平面为扰流翼面20，下侧平面为扇动翼面21；扰流翼面20由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面20的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面20和扇动翼面21在纵向的投影平面呈非对称结构。采用这样的结构设置，驱动组件驱动传动杆9在套筒11内作垂直上下往复动作，当扑翼6在上升时，其扰流翼面20与上方空气相互作用，空气对扰流翼面20前部曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差推动扑翼6向前运动，使扑翼6以转动轴承一8为中心单向旋转；当扑翼6在下降时，其扇动翼面21与下方空气相互作用，扑翼6的旋转运动结合下行运动使扇动翼面21形成矢量攻角C，且该矢量攻角C使扇动翼面21与空气之间产生竖直向上的作用力；扑翼6将驱动组件的上下往复运动转化为自身的旋转运动，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，产生升力使飞行装置获得升力实现飞行目的。

如图3所示，所述扰流翼面20与扇动翼面21的前侧缘相互闭合构成前翅缘22，扰流翼面20与扇动翼面21的后侧缘相互闭合构成后翼尾23；扰流翼面20前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘22。采用这样的结构设置，前翅缘22为曲面从而分别接续扰流翼面20与扇动翼面21的前侧缘，前翅缘22的存在可以提高翼型旋翼的结构强度，且前翅缘22处于旋翼旋转方向的前侧，曲面前翅缘22可以降低旋翼旋转时所受到空气阻力，提高驱动装置的动力转化效率。图示中X方向为翼型结构的弦长方向，图示中Z方向为翼型结构的展长方向。所述扰流翼面20沿X方向截面的轮廓线相对于旋翼的旋转平面呈曲线形，其轮廓线的最高点沿Z方向构成翼展经线H，该翼展经线H处于扰流翼面20的前部曲面上且靠近前翅缘22，从而使扰流翼面20呈前后非对称结构。旋翼在上升时，所述扰流翼面20与上方空气相互作用，空气对扰流翼面20的翼展经线H前后两侧之间产生压力差，且该压力差推动旋翼向前运动，两个旋翼同向作用以转动轴承为中心单向旋转。

在本实施例中，所述扇动翼面21与旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。所述扑翼6与旋翼7在转动轴承上具有一个攻角C，攻角C以扇动翼面21相对于旋翼的旋转平面进行计算。所述在旋翼启动后上下往复运动，扰流翼面20向上运动，空气流动经过扰流翼面20在翼展经线H前后两侧产生压强差，该压强差对旋翼构成一个向前推动力使旋翼转动，此时，前翅缘22相对空气产生差速从而对旋翼构成阻力，推进力克服阻力则驱动旋翼旋转；所述扇动翼面21向下运动，在旋翼转速很低时，攻角C使空气相对于扇动翼面21作用力基本垂直于旋翼的旋转平面，则下层空气对旋翼向前旋转运动造成阻力很小，由此旋翼可以在上下往复运动一段时间后获得较高的转速。当旋翼转速较高时，扇动翼面21既存在向下运动还存在向前运动，二者叠加形成的矢量运动相对于旋翼旋转平面的矢量角大于攻角C，即旋翼的旋转速度越快扇动翼面21产生的升力更大，通过控制旋翼的上下运动频率可以提高旋翼的转速进而改变旋翼产生的升力。

在本实施例中，所述旋翼7对应设置有攻角调节器4，机舱1内设有中央处理器5，攻角调节器4与中央处理器5电路连接。采用这样的结构设置，通过对中央处理器5输入指令可以实现通过攻角调节器4调节旋翼7的攻角，进而改变其飞行姿态。

在本实施例中，所述驱动装置包括固定杆12、曲柄转轮13、传动结构14与驱动电机15，固定杆12上端铰接于传动杆9，固定杆12下端固定于曲柄转轮13上，驱动电机15通过传动结构14驱动曲柄转轮13转动，驱动电机15中央处理器5电路连接。通过对中央处理器5输入指令可以实现通过驱动电机15驱动曲柄转轮13转动，进而实现带动转动轴承一8以及转动轴承一8上的多组扑翼6绕转动轴承一8作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果。

在本实施例中，所述机舱1底部设有起落架2。采用这样的结构设置，起到对飞行器的支撑。

以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种扑翼与旋翼结合的飞行器，包括机舱(1)，其特征在于：

所述机舱(1)内设有驱动装置，所述机舱(1)顶部设有飞行装置，所述飞行装置包括第一飞行单元与第二飞行单元，所述第一飞单元包括套筒(11)、转动轴承二(10)以及对称固定于转动轴承二(10)两侧的旋翼(7)，所述转动轴承二(10)固定于套筒(11)，所述套筒(11)固定于机舱(1)，所述第二飞行单元包括传动杆(9)、转动轴承一(8)以及对称固定于转动轴承一(8)上的多组扑翼(6)，所述转动轴承一(8)固定于传动杆(9)上端，所述传动杆(9)下端穿过套筒(11)，并连接于机舱(1)内的驱动装置，所述驱动装置驱动传动杆(9)在套筒(11)内作垂直上下往复动作，使多组扑翼(6)与旋翼(7)之间产生相对的张合运动。

2.根据权利要求1所述的一种扑翼与旋翼结合的飞行器，其特征在于：所述旋翼(7)与扑翼(6)的翼型结构相同，其上侧平面为扰流翼面(20)，下侧平面为扇动翼面(21)；所述扰流翼面(20)由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面(20)的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面(20)和扇动翼面(21)在纵向的投影平面呈非对称结构。

3.根据权利要求2所述的一种扑翼与旋翼结合的飞行器，其特征在于：所述扰流翼面(20)与扇动翼面(21)的前侧缘相互闭合构成前翅缘(22)，扰流翼面(20)与扇动翼面(21)的后侧缘相互闭合构成后翼尾(23)；所述扰流翼面(20)前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘(22)。

4.根据权利要求2所述的一种扑翼与旋翼结合的飞行器，其特征在于：所述扇动翼面(21)与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

5.根据权利要求1所述的一种扑翼与旋翼结合的飞行器，其特征在于：所述旋翼(7)对应设置有攻角调节器(4)，所述机舱(1)内设有中央处理器(5)，所述攻角调节器(4)与中央处理器(5)电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种扑翼与旋翼结合的飞行器，其特征在于：所述驱动装置包括固定杆(12)、曲柄转轮(13)、传动结构(14)与驱动电机(15)，所述固定杆(12)上端铰接于传动杆(9)，所述固定杆(12)下端固定于曲柄转轮(13)上，所述驱动电机(15)通过传动结构(14)驱动曲柄转轮(13)转动，所述驱动电机(15)中央处理器(5)电路连接。

7.根据权利要求1所述的一种扑翼与旋翼结合的飞行器，其特征在于：所述机舱(1)底部设有起落架(2)。

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