CN112498680B - 一种转叶机 - Google Patents

Abstract

一种转叶机，涉及航空技术领域，包括包括上层旋翼、下层旋翼、导杆、支架、摇杆、左推拉杆、右推拉杆；上层旋翼包括上层滑块、上层轴承和均匀分布在上层轴承周围的多个上层翼片，上层滑块与导杆相配合；上层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；上层翼片能围绕导杆灵活转动；上层旋翼与下层旋翼在动力的驱动下作往复直线运动，导致翼片旋转而产生升力。本发明结构简单合理，结构紧凑，稳定飞行，操作简便。旋翼因上下运动而转动，不会像传统的直升机那样将动力大量转化为空气的动能而流失能量，效率极高。本发明揭示了大型鸟类的一部分飞行原理，翅膀上扑和下扑都有利于飞行。能垂直起降，还能在空中悬停，安全性极高，有望实现纯人力自由飞翔。

Description

一种转叶机

技术领域

一种转叶机涉及航空技术领域，尤其涉及一种转叶机。

背景技术

低空飞行器有飞机、直升机、自转旋翼机、多轴飞行器和扑翼飞行器等。飞机即固定翼飞行器，由推进器提供动力以获得前行速度而在固定翼的上下表面产生空气动力压力差，该压力差能使飞机起飞。飞机的飞行速度较快，但起降需要跑道，且不能悬停，而且安全系数一般。直升机的旋翼在发动机的驱动下高速旋转而产生升力起飞，特点在于起飞时无需跑道，且可以在空中悬停；但直升机结构复杂、操作难度大，发动机驱动旋翼会产生扭力需要多余的结构和能量进行平衡，安全系数不高。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相互作用，前方来流推动旋翼旋转，而旋翼高速旋转则相对滑行方向产生作用力，当旋翼的转速足够高时，该作用力使自转旋翼机升空从而实现飞行，其优点是结构简单、操作方便、安全系数较高；但起飞一般需要跑道，且不能在空中悬停。多轴飞行器是靠多个螺旋桨产生向上的升力，能垂直起降、机动性很强，但效率不高，巡航时间不长，且控制系统复杂，容易受电磁干扰，安全性不够理想。扑翼飞行器像鸟一样靠翅膀的扑动而产生升力和推力实现飞行，效率高，但对材料的要求高，目前载人还较困难。以上五种飞行器都较难实现人力自由飞行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、操作方便、安全可靠且高效的转叶机，无需跑道就能起降，且能在空中悬停，由于效率高，有望实现较实用的纯人力自由飞行。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种转叶机，包括上层旋翼、下层旋翼、导杆、支架、摇杆、左推拉杆、右推拉杆；

上层旋翼包括上层滑块、上层轴承和均匀分布在上层轴承周围的多个上层翼片，上层滑块与导杆相配合，上层滑块能沿导杆灵活上下运动，上层轴承包围在上层滑块的外围，上层翼片的展向沿上层轴承的径向布置；所有上层翼片的前缘朝向同一个方向；上层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；上层翼片能围绕导杆灵活转动；上层旋翼的旋转平面与导杆垂直；上层翼片的弦向与上层旋翼的转动平面的夹角定义为上层翼片的安装角，上层翼片的前缘高于上层翼片的后缘时该安装角为正，上层翼片的前缘低于上层翼片的后缘时该安装角为负，上层翼片的安装角在0°至7°之间；

下层旋翼与上层旋翼平行布置；下层旋翼包括下层滑块、下层轴承和均匀分布在下层轴承周围的多个下层翼片，下层滑块与导杆相配合，下层滑块能沿导杆灵活上下运动，下层轴承包围在下层滑块的外围，下层翼片的展向沿下层轴承的径向布置；所有下层翼片的前缘朝向同一个方向，且与上层翼片的前缘朝向相反；下层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；下层翼片能围绕导杆灵活转动；下层翼片的弦向与下层旋翼的转动平面的夹角定义为下层翼片的安装角，下层翼片的前缘高于下层翼片的后缘时该安装角为正，下层翼片的前缘低于下层翼片的后缘时该安装角为负，下层翼片的安装角在0°至7°之间；

下层旋翼布置在下层旋翼的上方，下层旋翼和下层旋翼均能灵活地沿着导杆作上下往复运动；

上层翼片和下层翼片的形状相同，上层翼片和下层翼片的前缘都是浑圆的，上层翼片和下层翼片的后缘都是尖锐的。

上层翼片和下层翼片的翼型的最大厚度靠近翼片的前缘而远离翼片的后缘。

上层翼片和下层翼片的翼型的最大厚度离翼片的前缘的距离在弦长的20％至35％之间。

摇杆通过铰联安装在导杆的下部，摇杆能在横向铅垂面内灵活摆动，自然状态时摇杆左右水平布置，摇杆与导杆的连接处在摇杆的中心位置；

摆杆的中心通过铰联安装在导杆上，摆杆的一端通过下连杆与下层旋翼活连，摆杆的另一端通过上连杆与上层旋翼活连，上连杆的上端与上滑块铰连，上连杆的下端与摆杆的一端铰连，下连杆的上端与摆杆的另一端铰连，下连杆的下端与下滑块铰连。

下层旋翼通过主连杆与下层旋翼下方的摇杆活连，主连杆的上端通过铰联与下层滑块相连，主连杆的下端通过铰联与摇杆相连；

往上推动下层旋翼时，下连杆、摆杆和上连杆会带动上层旋翼向下运动；向下拉动下层旋翼时，下连杆、摆杆和上连杆会带动上层旋翼向上运动；

摇动摇杆时能使下层旋翼和上层旋翼沿导杆上下灵活运动；

左脚踏板安装在左推拉杆的下端，左推拉杆的上端通过铰联与摇杆的左端活连；右脚踏板安装在右推拉杆的下端，右推拉杆的上端通过铰联与摇杆的右端活连；

支架的上端与导杆的下端固连，支架的前端设置了手柄，手柄包括左手柄91和右手柄；支架上设置了支架横杆，支架横杆用来托住操作者的身体，支架横杆位于操作者的胸部和腹部之间的位置，操作者双手抓握手柄，身子住前倾斜，让支架横杆托住胸部或腹部；

操作者左手握住左手柄91，右手握住右手柄，左脚踏上左脚踏板，右脚踏上右脚踏板，一左一右来回蹬踩，牵引摇杆摇动从而带动下层旋翼和上层旋翼上下往复运动，由于下层旋翼和上层旋翼的特殊结构，下层翼片和上层翼片会围绕导杆旋转起来而产生升力。

更进一步的，本发明转叶机还包括往复运动动力装置，往复运动动力装置安装在支架上，采用曲柄连杆机构与摇杆相连，用来驱动摇杆摇动，从而带动下层翼片和上层翼片沿导杆做上下往复运动。

更进一步的，上层翼片和下层翼片均为刚性的。

更进一步的，所有翼片的翼型相同，在同一弦线方向，翼片前缘弧形的最小半径大于翼片后缘处的最小厚度的10倍。

更进一步的，上层翼片和下层翼片都是扭曲的，在翼片的展长方向，翼片的安装角由翼根向翼尖方向逐渐变小。翼片的安装角的变化范围是7°至0.5°。

更进一步的，翼片的弦长沿展向由翼根至翼尖先是逐渐变长然后再变短。

更进一步的，导杆的上端加设了一个转叶器，转叶器包括顶端轴承和均匀分布在顶端轴承周围的多个叶片，叶片为上表面为凸出的翼型结构。叶片的展向沿顶端轴承的径向布置；所有叶片的前缘朝向同一个方向；叶片能围绕导杆灵活转动；转叶器的旋转平面与导杆垂直；叶片的弦向与转叶器的转动平面的夹角定义为叶片的安装角，叶片的前缘高于叶片的后缘时该安装角为正，叶片的前缘低于叶片的后缘时该安装角为负，叶片的安装角在0°至10°之间。叶片的前缘是浑圆的，叶片的后缘是尖锐的。叶片的翼型采用NACA2412翼型。转叶器上方便增设挥舞装置和预旋装置；也方便设置叶片安装角控制系统。

更进一步的，设置了叶片安装角控制系统，叶片安装角控制系统包括控制端和执行端，控制端包括叶片安装角控制开关，执行端直接与叶片相连。叶片的安装角的最大值在2°至10°之间；翼片的安装角的最小值在0°至1°之间；

叶片安装角控制系统的结构包括这两种：

第一种：机电一体式叶片安装角控制系统，控制端的叶片安装角控制开关采用电开关，执行端采用舵机带动叶片偏转从而改变翼片安装角，电开关与舵机采用无线或有线电连接；

第二种：纯机械式叶片安装角控制系统，控制端的叶片安装角控制开关采用机械旋转开关，执行端采用拉杆带动叶片偏转从而改变安装角，拉杆通过活动副与叶片的根部相连，采用弹簧起复位作用，控制端与执行端采用钢丝绳连接。转动机械旋转开关下拉钢丝绳通过拉杆将叶片前缘向下偏转从而减小叶片的安装角；将机械旋转开关反转松开钢丝绳在弹簧的作用下拉杆将叶片前缘向上偏转从而增大叶片的安装角。

设置叶片安装角控制系统的优点是：叶片下行时安装角变小，有利于叶片产生较大升力和拉力；叶片上行时安装角变大，有利于减少叶片阻力及增加拉力。在上下运动的过程中这样往复改变叶片的安装角可提高转叶机的效率。并且，当失去动力迫降时，下降快到地面时调大叶片安装角能使升力增大，确保较小的下降速度落到地面，能大大地提高安全性。

优选的，上层滑块和下层滑块均由直线轴承代替，导杆采用与直线轴承相配合的空心光轴。

更进一步的，转叶器的叶片安装角控制系统采用纯机械式安装角控制系统时，连接控制端和执行端的钢丝绳从导杆和支架的中空结构中穿过。

优选的，所有的上层翼片的结构相同。所有的下层翼片的结构相同。

优选的，往复运动动力装置采用电机作动力，由电池向电机供电。电池采用锂电池或空能源燃料电池。电池安装在支架上。

优选的，上层翼片和下层翼片的翼型均采用非对称型翼型，如NACA2412翼型。

优选的，上层翼片和下层翼片采用的翼型特征为，下表面从前缘到后缘先是往下凸出，然后往向上凹入最后往下连接到后缘，如MVA-227、AH79－100A、FX63－100等翼型。这种翼型便于起动，且升力系数较大。

优选的，为了使本发明转叶机快速起动且高效，所有翼片和叶片的展弦比均小于16且大于3。上层翼片和下层翼片的数量均为2个或3个。

优选的，为了使本发明转叶机有较高的效率，单个翼片的展长在3m至10m之间，弦长在0.3m至1.5m之间。

优选的，本发明转叶机还包括：推进器；推进器安装在支架上，推进器是为本发明转叶机提供向前的动力的。推进器的油门在手柄上控制。

更进一步的，推进器采用电机加螺旋桨结构或内燃机加螺旋桨结构。

优选的，本发明转叶机还包括：尾翼；尾翼通过尾杆安装在支架的后方；尾翼是用来控制转叶机的飞行姿态的。尾翼的舵面在手柄上控制或通过操作者的头部控制。尾翼的舵面通过操作者的头部控制时，是通过操作者头的左右扭动和低头抬头的动作来控制的。

优选的，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼主要起安定面的作用，垂直尾翼主要用来控制飞行方向的。

优选的，翼片、叶片、支架、推拉杆、尾翼及尾杆均采用高强度轻质材料如碳纤维制作。

本发明转叶机的基本原理是：上层旋翼与下层旋翼的工作原理基本相同。上层旋翼在人力和往复运动动力装置两者中至少之一的驱动下作上下的往复直线运动，上层翼片上行时，将空气挤压成两股，小股向上层翼片的前缘方向流动，大股向上层翼片的后缘方向流动，这样就在上层翼片的前后缘产生了压力差，由于大量的空气流向后方，根据牛顿第三定律得知，上层翼片会受一个向前的推力。所以上层翼片向前缘方向运动，从而上层旋翼旋转。上层翼片下行时，由于上层翼片存在初速度，且上层翼片的安装角不大，上层翼片的升力方向会稍向前偏离，也会在前方产生一个分力使得上层翼片向前缘方向运动；随着速度的不断加快，上层旋翼转动的效果会越来越明显。推进器起动后能使转叶机前飞，垂直尾翼用来控制飞行方向。推进器的马力开得足够大的时，本发明转叶机能转换成传统的自转旋翼机的飞行模式，无需手和脚的推拉也能往前飞行。

下层旋翼产生升力的原理同上层旋翼。当旋翼稳定地旋转时，且旋翼上下运动的幅度和频率保持一定时，单层旋翼产生的升力类似正弦函数的曲线；旋翼向下运行的速度越快产生的升力越大，向上的速度越快则旋转速度也会越快，接下来下行时就能产生更大的升力。如果先起动任意一层旋翼，当先起动的旋翼的转速达到一定值时，另一层旋翼也会随着上下运动起来，而后也会旋转。两层旋翼作张合运动，两层旋翼产生的升力会互补，尤其是两层旋翼作完全对称的张合运动时，两者产生的合升力会比较平稳。

设置了转叶器时，上层旋翼与下层旋翼运动不均衡时，支架和操作者会上下振动，从而带动转叶器上下运动，该运动的幅度和频率较大时叶片就会转动起来，也会产生升力。迫降时，有了三层升力装置，更能确保安全着陆。

本发明转叶机的安全性至少体现在这几个方面：飞行时，只要有一定的高度，失去动力后，两层旋翼会自动旋转，对转叶机下降产生极大的阻力，会使下降的速度变慢至比较稳定且低速，只要操作得当就能安全迫降。

本发明有益效果为：本发明结构简单合理，双层旋翼结构紧凑，上下翼片的旋转方向相反，当转叶机前飞时，前行翼片和后行翼片左右交替进行，无需像传统的自转旋翼机那样安装挥舞装置来调节左右侧升力的不平衡，更无需像传统直升机那样用尾桨来平衡扭矩，便于稳定飞行。操作者可利用身体与支架的相对位置变化从而改变转叶机的重心位置达到控制飞行姿态的目的，操作简便。旋翼因上下运动而转动，不会像传统的直升机那样将动力大量转化为空气的动能而流失能量，效率极高。本发明揭示了大型鸟类的一部分飞行原理，翅膀上扑时主要产生推力，使鸟前飞，翅膀下扑时主要产生升力，同时也会产生一部分的推力。本发明转叶机能垂直起降，还能在空中悬停，安全性极高，有望实现纯人力自由飞翔，将对体育、娱乐以及人们的出行方式产生深远的积极影响。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明中上层翼片的一种翼型示意图；

图4是本发明中上层翼片上行时上方气流分析示意图；

图5是本发明中上层翼片下行时的空气动力受力分析示意图；

图6是本发明中上层翼片的另一种翼型示意图；

图7是本发明中翼片的前缘和后缘参数指示示意图；

图8是本发明中上层翼片的一种形状示意图；

图9是纯机械式叶片安装角控制系统的局部结构示意图。

图中：

1、上层旋翼，11、上层轴承，12、上层翼片，121、上层翼片的前缘，122、上层翼片的后缘；123、上层翼片的上表面，124、下层翼片的下表面，125、上层翼片的根部，126、上层翼片的尖部，13、上层滑块；2、下层旋翼，21、下层轴承，22、下层翼片，23、下层滑块；3、摆杆，31、上连杆，32、下连杆；4、导杆，41、转叶器，411、顶端轴承，412、叶片，4121叶片的前缘，4122、叶片的后缘，42、钢丝绳，43、弹簧，44、活动副，45、拉杆；5、摇杆；6、主连杆；9、支架，91、左手柄，92、右手柄，93、支架横杆； 7、左推拉杆，71、左脚踏板，72、左脚套；8、右推拉杆，81、右脚踏板，82、右脚套；10、往复运动动力装置；

A、上层翼片的弦线，B、上层旋翼的转动平面，C、上层翼片的安装角；

D、上层翼片的上行方向示意，E、上层翼片上行时气流的流线示意，G、上层翼片的前行方向示意；

U1、上层翼片下行速度示意，U2、上层翼片前行速度示意，U、上层翼片前行与下行的合速度示意，F、上层翼片的升力示意；

R、翼片前缘弧形的最小半径示意，h、翼片后缘处的最小厚度示意。

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作具体说明。

一种转叶机，包括包括上层旋翼1、下层旋翼2、导杆4、支架9、摇杆5、左推拉杆7、右推拉杆8；

上层旋翼1包括上层滑块、上层轴承和均匀分布在上层轴承周围的多个上层翼片，上层滑块与导杆4相配合，上层滑块能沿导杆4灵活上下运动，上层轴承包围在上层滑块的外围，上层翼片的展向沿上层轴承的径向布置；所有上层翼片的前缘121朝向同一个方向；上层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；上层翼片能围绕导杆4灵活转动；上层旋翼1的旋转平面与导杆4垂直；上层翼片的弦向与上层旋翼的转动平面的夹角定义为上层翼片的安装角C，上层翼片的前缘121高于上层翼片的后缘122时该安装角为正，上层翼片的前缘121低于上层翼片的后缘122时该安装角为负，上层翼片的安装角C在0°至7°之间；

下层旋翼2与上层旋翼1平行布置；下层旋翼2包括下层滑块、下层轴承和均匀分布在下层轴承周围的多个下层翼片，下层滑块与导杆4相配合，下层滑块能沿导杆4灵活上下运动，下层轴承包围在下层滑块的外围，下层翼片的展向沿下层轴承的径向布置；所有下层翼片的前缘朝向同一个方向，且与上层翼片的前缘121朝向相反；下层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；下层翼片能围绕导杆4灵活转动；下层翼片的弦向与下层旋翼的转动平面的夹角定义为下层翼片的安装角，下层翼片的前缘高于下层翼片的后缘时该安装角为正，下层翼片的前缘低于下层翼片的后缘时该安装角为负，下层翼片的安装角在0°至7°之间；

下层旋翼2布置在下层旋翼2的上方，下层旋翼2和下层旋翼2均能灵活地沿着导杆4作上下往复运动；

上层翼片和下层翼片的形状相同，上层翼片和下层翼片的前缘都是浑圆的，上层翼片和下层翼片的后缘都是尖锐的。

上层翼片和下层翼片的翼型的最大厚度靠近翼片的前缘而远离翼片的后缘。

上层翼片和下层翼片的翼型的最大厚度离翼片的前缘的距离在弦长的20％至35％之间。

摇杆5通过铰联安装在导杆4的下部，摇杆5能在横向铅垂面内灵活摆动，自然状态时摇杆5左右水平布置，摇杆5与导杆4的连接处在摇杆5的中心位置；

摆杆3的中心通过铰联安装在导杆4上，摆杆3的一端通过下连杆32与下层旋翼2活连，摆杆3的另一端通过上连杆31与上层旋翼1活连，上连杆31的上端与上滑块铰连，上连杆31的下端与摆杆3的一端铰连，下连杆32的上端与摆杆3的另一端铰连，下连杆32的下端与下滑块铰连。

下层旋翼2通过主连杆6与下层旋翼2下方的摇杆5活连，主连杆6的上端通过铰联与下层滑块相连，主连杆6的下端通过铰联与摇杆5相连；

往上推动下层旋翼2时，下连杆32、摆杆3和上连杆31会带动上层旋翼1向下运动；向下拉动下层旋翼2时，下连杆32、摆杆3和上连杆31会带动上层旋翼1向上运动；

摇动摇杆5时能使下层旋翼2和上层旋翼1沿导杆4上下灵活运动；

左脚踏板71安装在左推拉杆7的下端，左推拉杆7的上端通过铰联与摇杆5的左端活连；右脚踏板81安装在右推拉杆8的下端，右推拉杆8的上端通过铰联与摇杆5的右端活连；

支架9的上端与导杆4的下端固连，支架9的前端设置了手柄，手柄包括左手柄91和右手柄92；支架9上设置了支架横杆93，支架横杆93用来托住操作者的身体，支架横杆93位于操作者的胸部和腹部之间的位置，操作者双手抓握手柄，身子住前倾斜，让支架横杆93托住胸部或腹部；

操作者左手握住左手柄91，右手握住右手柄92，左脚踏上左脚踏板71，右脚踏上右脚踏板81，一左一右来回蹬踩，牵引摇杆5摇动从而带动下层旋翼2和上层旋翼1上下往复运动，由于下层旋翼2和上层旋翼1的特殊结构，下层翼片和上层翼片会围绕导杆4旋转起来而产生升力。

更进一步的，本发明转叶机还包括往复运动动力装置10，往复运动动力装置10安装在支架9上，采用曲柄连杆机构与摇杆5相连，用来驱动摇杆5摇动，从而带动下层翼片和上层翼片沿导杆4做上下往复运动。

更进一步的，上层翼片和下层翼片均为刚性的。

更进一步的，所有翼片的翼型相同，在同一弦线方向，翼片前缘弧形的最小半径R大于翼片后缘处的最小厚度h的10倍。

更进一步的，上层翼片和下层翼片都是扭曲的，在翼片的展长方向，翼片的安装角由翼根向翼尖方向逐渐变小。翼片的安装角的变化范围是7°至0.5°。

更进一步的，翼片的弦长沿展向由翼根至翼尖先是逐渐变长然后再变短，如图8所示。

更进一步的，如图2所示，导杆4的上端加设了一个转叶器41，转叶器41包括顶端轴承411和均匀分布在顶端轴承411周围的多个叶片412，叶片412为上表面为凸出的翼型结构。叶片412的展向沿顶端轴承411的径向布置；所有叶片412的前缘朝向同一个方向；叶片412能围绕导杆4灵活转动；转叶器41的旋转平面与导杆4垂直；叶片412的弦向与转叶器41的转动平面的夹角定义为叶片的安装角，叶片的前缘高于叶片的后缘时该安装角为正，叶片的前缘低于叶片的后缘时该安装角为负，叶片的安装角在0°至10°之间。叶片的前缘是浑圆的，叶片的后缘是尖锐的。叶片412的翼型采用NACA2412翼型。转叶器41上方便增设挥舞装置和预旋装置；也方便设置叶片安装角控制系统。

更进一步的，叶片安装角控制系统包括控制端和执行端，控制端包括叶片安装角控制开关，执行端直接与叶片412相连。叶片的安装角的最大值在2°至10°之间；翼片的安装角的最小值在0°至1°之间；

叶片安装角控制系统的结构包括这两种：

第一种：机电一体式叶片安装角控制系统，控制端的叶片安装角控制开关采用电开关，执行端采用舵机带动叶片偏转从而改变翼片安装角，电开关与舵机采用无线或有线电连接；

第二种：如图9所示，纯机械式叶片安装角控制系统，控制端的叶片安装角控制开关采用机械旋转开关，执行端采用拉杆带动叶片偏转从而改变安装角，拉杆45通过活动副44与叶片的根部相连，采用弹簧43起复位作用，控制端与执行端采用钢丝绳42连接。转动机械旋转开关下拉钢丝绳42通过拉杆将叶片前缘向下偏转从而减小叶片的安装角；将机械旋转开关反转松开钢丝绳42在弹簧43的作用下拉杆将叶片前缘向上偏转从而增大叶片的安装角。

设置叶片安装角控制系统的优点是：叶片下行时安装角变小，有利于叶片产生较大升力和拉力；叶片上行时安装角变大，有利于减少叶片阻力及增加拉力。在上下运动的过程中这样往复改变叶片的安装角可提高转叶机的效率。并且，当失去动力迫降时，下降快到地面时调大叶片安装角能使升力增大，确保较小的下降速度落到地面，能大大地提高安全性。

优选的，上层滑块和下层滑块均由直线轴承代替，导杆4采用与直线轴承相配合的空心光轴。

更进一步的，转叶器41的叶片安装角控制系统采用纯机械式安装角控制系统时，连接控制端和执行端的钢丝绳42从导杆4和支架9的中空结构中穿过。

优选的，所有的上层翼片的结构相同。所有的下层翼片的结构相同。

优选的，往复运动动力装置10采用电机作动力，由电池向电机供电。电池采用锂电池或空能源燃料电池。电池安装在支架9上。

优选的，上层翼片和下层翼片的翼型均采用非对称型翼型，如NACA2412翼型。

优选的，上层翼片和下层翼片采用的翼型特征为，下表面从前缘到后缘先是往下凸出，然后往向上凹入最后往下连接到后缘，如MVA-227、AH79－100A、FX63－100等翼型。这种翼型便于起动，且升力系数较大。

优选的，为了使本发明转叶机快速起动且高效，所有翼片和叶片的展弦比均小于16且大于3。上层翼片和下层翼片的数量均为2个或3个。

优选的，为了使本发明转叶机有较高的效率，单个翼片的展长在3m至10m之间，弦长在0.3m至1.5m之间。

优选的，本发明转叶机还包括：推进器；推进器安装在支架9上，推进器是为本发明转叶机提供向前的动力的。推进器的油门在手柄上控制。

更进一步的，推进器采用电机加螺旋桨结构或内燃机加螺旋桨结构。

优选的，本发明转叶机还包括：尾翼；尾翼通过尾杆安装在支架9的后方；尾翼是用来控制转叶机的飞行姿态的。尾翼的舵面在手柄上控制或通过操作者的头部控制。尾翼的舵面通过操作者的头部控制时，是通过操作者头的左右扭动和低头抬头的动作来控制的。

优选的，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼主要起安定面的作用，垂直尾翼主要用来控制飞行方向的。

优选的，翼片、叶片、支架9、推拉杆、尾翼及尾杆均采用高强度轻质材料如碳纤维制作。

本发明转叶机的基本原理是：上层旋翼1与下层旋翼2的工作原理基本相同。上层旋翼1在人力和往复运动动力装置10两者中至少之一的驱动下作上下的往复直线运动，上层翼片上行时，将空气挤压成两股，小股向上层翼片的前缘121方向流动，大股向上层翼片的后缘122方向流动，这样就在上层翼片的前后缘产生了压力差，由于大量的空气流向后方，根据牛顿第三定律得知，上层翼片会受一个向前的推力。所以上层翼片向前缘方向运动，从而上层旋翼1旋转。上层翼片下行时，由于上层翼片存在初速度，且上层翼片的安装角C不大，上层翼片的升力方向会稍向前偏离，也会在前方产生一个分力使得上层翼片向前缘方向运动；随着速度的不断加快，上层旋翼1转动的效果会越来越明显。推进器起动后能使转叶机前飞，垂直尾翼用来控制飞行方向。推进器的马力开得足够大的时，本发明转叶机能转换成传统的自转旋翼机的飞行模式，无需手和脚的推拉也能往前飞行。

下层旋翼2产生升力的原理同上层旋翼1。当旋翼稳定地旋转时，且旋翼上下运动的幅度和频率保持一定时，单层旋翼产生的升力类似正弦函数的曲线；旋翼向下运行的速度越快产生的升力越大，向上的速度越快则旋转速度也会越快，接下来下行时就能产生更大的升力。如果先起动任意一层旋翼，当先起动的旋翼的转速达到一定值时，另一层旋翼也会随着上下运动起来，而后也会旋转。两层旋翼作张合运动，两层旋翼产生的升力会互补，尤其是两层旋翼作完全对称的张合运动时，两者产生的合升力会比较平稳。

设置了转叶器41时，上层旋翼1与下层旋翼2运动不均衡时，支架9和操作者会上下振动，从而带动转叶器41上下运动，该运动的幅度和频率较大时叶片就会转动起来，也会产生升力。迫降时，有了三层升力装置，更能确保安全着陆。

本发明转叶机的安全性至少体现在这几个方面：飞行时，只要有一定的高度，失去动力后，两层旋翼会自动旋转，对转叶机下降产生极大的阻力，会使下降的速度变慢至比较稳定且低速，只要操作得当就能安全迫降。

本发明有益效果为：本发明结构简单合理，双层旋翼结构紧凑，上下翼片的旋转方向相反，当转叶机前飞时，前行翼片和后行翼片左右交替进行，无需像传统的自转旋翼机那样安装挥舞装置来调节左右侧升力的不平衡，更无需像传统直升机那样用尾桨来平衡扭矩，便于稳定飞行。操作者可利用身体与支架9的相对位置变化从而改变转叶机的重心位置达到控制飞行姿态的目的，操作简便。旋翼因上下运动而转动，不会像传统的直升机那样将动力大量转化为空气的动能而流失能量，效率极高。本发明揭示了大型鸟类的一部分飞行原理，翅膀上扑时主要产生推力，使鸟前飞，翅膀下扑时主要产生升力，同时也会产生一部分的推力。本发明转叶机能垂直起降，还能在空中悬停，安全性极高，有望实现纯人力自由飞翔，将对体育、娱乐以及人们的出行方式产生深远的积极影响。

Claims (9)

1.一种转叶机，其特征在于：包括上层旋翼、下层旋翼、导杆、支架、摇杆、左推拉杆、右推拉杆；

上层旋翼包括上层滑块、上层轴承和均匀分布在上层轴承周围的多个上层翼片，上层滑块与导杆相配合，上层滑块能沿导杆灵活上下运动，上层轴承包围在上层滑块的外围，上层翼片的展向沿上层轴承的径向布置；所有上层翼片的前缘朝向同一个方向；上层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；上层翼片能围绕导杆灵活转动；上层旋翼的旋转平面与导杆垂直；上层翼片的安装角在0°至7°之间；

下层旋翼与上层旋翼平行布置；下层旋翼包括下层滑块、下层轴承和均匀分布在下层轴承周围的多个下层翼片，下层滑块与导杆相配合，下层滑块能沿导杆灵活上下运动，下层轴承包围在下层滑块的外围，下层翼片的展向沿下层轴承的径向布置；所有下层翼片的前缘朝向同一个方向；下层翼片的翼型为上表面凸出的翼型；下层翼片能围绕导杆灵活转动；下层翼片的安装角在0°至7°之间；

上层旋翼布置在下层旋翼的上方，上层旋翼和下层旋翼均能灵活地沿着导杆作上下往复运动；

上层翼片和下层翼片的前缘都是浑圆的，上层翼片和下层翼片的后缘都是尖锐的；

上层翼片和下层翼片的翼型的最大厚度离翼片的前缘的距离在弦长的20％至35％之间；

摇杆通过铰链安装在导杆的下部，摇杆能在横向铅垂面内灵活摆动，摇杆与导杆的连接处在摇杆的中心位置；

摆杆的中心通过铰链安装在导杆上，摆杆的一端通过下连杆与下层旋翼活连，摆杆的另一端通过上连杆与上层旋翼活连；

下层旋翼通过主连杆与下层旋翼下方的摇杆活连；

左脚踏板安装在左推拉杆的下端，左推拉杆的上端通过铰链与摇杆的左端活连；右脚踏板安装在右推拉杆的下端，右推拉杆的上端通过铰链与摇杆的右端活连；

支架的上端与导杆的下端固连，支架的前端设置了手柄；支架上设置了支架横杆。

2.根据权利要求1所述的一种转叶机，其特征在于：导杆的上端加设了一个转叶器，转叶器包括顶端轴承和均匀分布在顶端轴承周围的多个叶片，叶片为上表面为凸出的翼型结构；叶片的展向沿顶端轴承的径向布置；所有叶片的前缘朝向同一个方向；叶片能围绕导杆灵活转动；转叶器的旋转平面与导杆垂直；叶片的安装角在0°至10°之间；叶片的前缘是浑圆的，叶片的后缘是尖锐的。

3.根据权利要求1或2所述的一种转叶机，其特征在于：还包括往复运动动力装置，往复运动动力装置用来驱动摇杆摇动，从而带动下层翼片和上层翼片沿导杆做上下往复运动。

4.根据权利要求2所述的一种转叶机，其特征在于：上层翼片和下层翼片至少满足以下特征之一：

上层翼片和下层翼片均为刚性的；

所有翼片的翼型相同，在同一弦线方向，翼片前缘弧形的最小半径大于翼片后缘处的最小厚度的10倍；

上层翼片和下层翼片都是扭曲的，在翼片的展长方向，翼片的安装角由翼根向翼尖方向逐渐变小；

翼片的弦长沿展向由翼根至翼尖先是逐渐变长然后再变短；

上层翼片和下层翼片的翼型均采用非对称型翼型；

所有翼片和叶片的展弦比均小于16且大于3；

上层翼片和下层翼片的数量均为2个或3个；

单个翼片的展长在3m至10m之间，弦长在0.3m至1.5m之间。

5.根据权利要求2所述的一种转叶机，其特征在于：设置了叶片安装角控制系统；

叶片安装角控制系统包括控制端和执行端，控制端包括叶片安装角控制开关，执行端直接与叶片相连；

叶片安装角控制系统的结构包括这两种：

第一种：机电一体式叶片安装角控制系统；

第二种：纯机械式叶片安装角控制系统。

6.根据权利要求1或2所述的一种转叶机，其特征在于：上层翼片和下层翼片采用的翼型特征为，下表面从前缘到后缘先是往下凸出，然后往向上凹入最后往下连接到后缘。

7.根据权利要求1或2所述的一种转叶机，其特征在于：还包括推进器，推进器为所述转叶机提供向前的动力。

8.根据权利要求1或2所述的一种转叶机，其特征在于：本发明转叶机还包括：尾翼，尾翼是用来控制转叶机的飞行姿态的。

9.根据权利要求2所述的一种转叶机，其特征在于：翼片、叶片、支架、推拉杆均采用高强度轻质材料制作。

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