CN202657236U - 一种弹性鱼尾摆和扑翼推进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及航空航海领域，公开了一种鱼尾摆与扑翼的推进装置，包括鱼尾摆（或扑翼）、摆杆、摆轴、摆轴套、发动机、发动机转盘、拨杆，所述鱼尾摆（或扑翼）为弹性结构，摆杆与摆轴呈九十度角，鱼尾摆(或扑翼）固定在摆轴上，摆轴穿过摆轴套与船体（或机体）相连，当拨杆随发动机转盘转动时鱼尾摆（或扑翼）绕摆轴往复摆动。本实用新型的鱼尾摆与扑翼应为弹性结构，而非一些专利文件和相关资料所述的刚性或柔性结构；建立简单可行的数学、物理模型，创建应用模型，构造新的驱动模式，进行优化仿生。本实用新型极大的提高了鱼尾摆（或扑翼）的推进效率，速度快，灵活性大，具有较好的安全性和稳定性。

Description

一种弹性鱼尾摆和扑翼推进装置

技术领域

本实用新型涉及航空航海技术领域，尤其涉及一种仿生鱼和仿生扑翼飞行器。

背景技术

不论是建筑业，还是制造业，还是科学研究，材料学已经成为我们的主流学科渗透到各行各业，研究仿生学更要研究材料。在已经公开的一些资料及已经上市的一些产品中，扑翼飞行器的翼翅与仿生鱼的尾鳍主要采用了两种结构：一种是刚性结构（运动过程中基本没有形变），一种是柔性结构（运动过程中形变较大）。这两种结构的扑翼飞行器和仿生鱼有的能升空飞行，能在水中游动，但效果不理想，可操作性较差。如加拿大一位博士制作了一个翼展32米的扑翼飞机，叫做雪鸟，利用拖车牵引升空后，在人工操作下使翼翅振动，滞空时间19.3秒，飞行距离达100米。这种飞行显然是失败的。首先是设计理念出了问题，这种设计没有理解鸟升空的动力从何而来，没有理解好“扑”的含义。鸟确实需要通过扑动翼翅提供飞行动力，但动力并不是在“扑”的那一瞬间产生的，而是随着鸟翼的扑动，翼翅后端的羽毛以翼翅的前端为轴做往复运动，羽毛由于空气的反作用力产生形变，由形变而产生弹性势能，最后把弹性势能转化成动能，驱动鸟向前飞行（鱼的游动与此相同）。另外，“雪鸟”飞行的时间和距离并不是人工“振动”翼翅所致，而是在惯性的作用下就像一架滑翔机一样滑翔了一段时间，滑翔了一段距离。

有很多观点都认为鸟的飞行是由鸟翼的上下扑动提供了动力(这是显然的),也给出了许多参数方程,但这些观点的共同之处是没有清晰明确的给出鸟飞行的力学模型,没有指明鸟前飞动力的来源,上升动力的来源。如《航空动力学报》第22卷第8期题为《扑翼微型飞行器飞行姿态模型研究》所述观点，认为鸟之所以能向前飞行，是因为鸟的翼翅在扑动过程中使鸟获得了向前的“冲力”，而何为“冲力”，“冲力”从哪儿来却没有解释；该文还认为鸟的翼翅在下扑时获得的升力为正，上扑时获得的升力为负，由于在一个扑动周期内下扑时间大于上扑时间，所以鸟在一个扑动周期内获得的平均升力为正。而对于升力到底是怎么产生的，也没有做出明确的解释。还有东南航空航天大学金晓怡博士在《仿生扑翼飞行机器人研究中若干问题的思考》一文中提出了低雷诺数问题，非定常微分方程问题，翅变形问题，但也没有明确的给出扑翼飞行的物理、数学模型。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种鱼尾摆与扑翼的推进装置，该推进装置结构合理，速度快，灵活性大，具有较强的隐蔽性和稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，包括鱼尾摆（或扑翼）、摆杆、摆轴、摆轴套、发动机、发动机转盘、拨杆，所述鱼尾摆（或扑翼）为弹性结构，摆杆与摆轴呈九十度角，鱼尾摆(或扑翼）固定在摆轴上，摆轴穿过摆轴套与船体（或机体）相连，当拨杆摆动时鱼尾摆（或扑翼）绕摆轴往复摆动。

优选的，所述鱼尾摆（或扑翼）是弹性结构，并且鱼尾摆（或扑翼）的内部嵌有钢丝、或钢条，外面覆盖具有弹性的橡胶或硅胶。

优选的，所述鱼尾摆（或扑翼）是弹性结构，并且鱼尾摆由弹性合金或或纤维制成。

优选的，所述鱼尾摆（或扑翼）由多个小单元结构组成，每个小单元之间留有缝隙,所述每个小单元相当于一个鱼尾摆或一枝羽毛。

优选的，摆轴穿过摆轴套，摆轴套用紧固螺栓与船体（或机体）固定。

优选的，所述鱼尾摆是手动橹式鱼尾摆或手动桨式鱼尾摆。

优选的，所述鱼尾摆是旋转鱼尾摆,旋转鱼尾摆的前部嵌有螺旋桨叶片，叶片上设置蜂窝状泄流孔，叶片的后端与鱼尾摆相接，当动力轴转动时，旋转鱼尾摆向后拨水推动船只（或飞行器）前进。

优选的，所述推进器是涵道式多级鱼尾摆推进器，并在涵道中装设多部鱼尾摆推进系统，形成多级推动系统。涵道推进能较好的减少动力损耗，提高发动机的机械效率。

优选的，所述推进器是涵道式多级旋转鱼尾摆（或扑翼）推进器。

优选的，所述扑翼机是半固定翼半扑翼飞机，并且所述扑翼与固定翼都呈水平状态，扑翼通过摆轴与固定翼相连接，扑翼可绕摆轴上下扑动。

优选的，所述扑翼机是半固定翼半扑翼飞机，并且所述固定翼呈水平状态，所述扑翼与固定翼垂直，扑翼的摆轴由连接件与固定翼连接，扑翼可绕摆轴左右扑动。

优选的，所述扑翼机是双曲轴扑翼飞机，并且两翼整体呈弹性结构。整个推进系统由双曲轴构成，其中动力曲轴与从动曲轴由刚性构件连接，扑翼与刚性构件固定，当动力曲轴转动时与从动曲轴一起带动翼翅转动，从而产生推力推动飞行器向前飞行。

优选的，所述扑翼机是碟形扑翼飞碟，所述扑翼机整体是碟形结构。

优选的，所述扑翼机是人力驱动的，所述扑翼机是在自行车上加装翼翅，翼翅由固定翼和扑翼两部分组成，其中扑翼系统由后轮驱动，并且自行车前轮轮面全封闭，升空后可兼作方向舵。

优选的，所述旋转鱼尾摆可以改进为万向风扇。

优选的，所述扑翼可以改进为扑翼风扇。

优选的，所述鱼尾摆（或扑翼）的推进系统可以改进为增强型活连接推进系统。包括鱼尾摆（或扑翼）、摆轴、摆轴套、摆杆、动力轴、转盘、拨杆、滑杆、滑套，其中，鱼尾摆(或扑翼）固定在摆轴上，摆轴穿过摆轴套与船体（或机体）相连，滑杆穿过滑套与摆轴成刚性平行连接，滑套与拨杆成内外活连接，当发动机带动转盘转动时，拨杆带动滑套在滑杆上往复滑动，同时驱动鱼尾摆（或扑翼）左右摆动。

优选的，可在旋转鱼尾摆的螺旋桨叶片上设置泄流孔，泄流孔成蜂窝状结构，泄流孔与叶片斜交，泄流孔迎水面与动力轴所成的角小于叶片与动力轴所成的角。在螺旋桨叶片上设置蜂窝状泄流孔，既增大了叶片的强度，又减轻了叶片的重量，同时达到了减小涡流，降低噪音的效果。这一技术同样适用于一般的船用或飞机用螺旋桨。

附图说明

    图1为本实用新型第一实施例提供的鱼尾摆驱动的仿生船的结构示意图。

图2为图1中鱼尾摆的结构示意图。

图3为扑翼的结构示意图

图4为鱼尾摆的整体推进系统示意图。

图5为本实用新型第二实施例手动橹式鱼尾摆结构示意图。

图6为本实用新型第三实施例手动桨式鱼尾摆结构示意图。

图7为本实用新型第四实施例扑翼的整体推进系统示意图。

图8为本实用新型第五实施例旋转鱼尾摆结构示意图。

图9为本实用新型第六实施例涵道多级鱼尾摆推进器的结构示意图。

图10为本实用新型第七实施例涵道多级旋转鱼尾摆推进器的结构示意图。

图11和图12为本实用新型第八实施例半固定翼半扑翼飞机的结构示意图。

图13为本实用新型第九实施例双曲轴扑翼飞机的结构示意图。

图14为本实用新型第十实施例扑翼飞碟的结构示意图。

图15为本实用新型第十一实施例人力扑翼机的结构示意图。

图16为本实用新型第十二实施例万向风扇的结构示意图。

图17为本实用新型第十三实施例扑翼风扇的结构示意图。

图18为拆分为小单元的鱼尾摆（或扑翼）的结构示意图。

图19和图20为本实用新型第十四实施例增强型鱼尾摆（或扑翼）推进装置的结构示意图。

图21为本实用新型第十五实施例泄流孔结构示意图。

图22为图21中泄流孔的一个单元的结构示意图。

图23为由曲柄连杆机构驱动的人力扑翼机结构示意图。

图24为曲柄与后轮轮轴的结构示意图。

其中，图1-图24中：

鱼尾摆1、扑翼1-1、扑翼单元1-2、弹性钢丝（或钢片）2、弹性钢丝（或钢片）2-1、摆轴3、摆轴套4、摆杆5、拨杆6、转盘7、动力轴8、动力轴8-1发动机9、船体10、螺旋桨叶片11、轴架、顶盖12、泄流孔13、泄流孔13-1、涵道14、轴架15、涵道轴架15-1、机体16、固定翼17、机翼17-1、升降翼18、尾翼19、垂直尾翼20、动力曲轴21、曲轴21-1、尾副翼22、方向舵23、风扇罩24、风扇架25、滑杆26、滑套27、泄流孔单元28、泄流孔单元入口29、泄流孔单元出口30、曲轴31、连杆32。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的内容进行说明：

如图1所示，图1为本实用新型第一实施例提供的鱼尾摆驱动的仿生船的结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供的鱼尾摆驱动的仿生船包括鱼尾摆1、弹性钢丝（或钢片）2、摆轴3、摆轴套4、摆杆5、拨杆6、转盘7、动力轴8、发动机9、船体10，其中，鱼尾摆1内嵌有弹性钢丝（或钢片）2，钢丝（或钢片）覆盖橡胶（或硅胶）模，鱼尾摆1与摆轴3固定，摆轴3穿过摆轴套4，摆轴套4与船体10固定，摆杆5与摆轴3成90度，摆杆5穿过拨杆6，拨杆6通过轴承与转盘7固定，转盘7固定在动力轴8上，发动机9与船体10固定。当发动机9转动时，动力轴8带动转盘7一起转动，拨杆6随转盘7作圆周运动，同时驱动摆杆5 左右往复运动，进而驱动鱼尾摆1绕摆轴3左右摆动。

在第二种具体的实施方式中，其与实施例1的区别在于鱼尾摆1为仿生鱼尾摆，具有很好的弹性，鱼尾摆1与摆轴3固定，如图2和图4所示。又如另一种具体实施方式中，其与实施例1的区别在于扑翼1-1为仿生翼，具有很好的弹性，扑翼1-1与摆轴3固定，如图3和图7所示。

在第三种具体的实施方式中，其与实施例1的区别在于鱼尾摆1和扑翼1-1的推进系统，如图4和图7所示，其结构与工作原理由第一实施例给出。

在第四种具体的实施方式中，其与实施例1的区别在于鱼尾摆1是一种手动橹式鱼尾摆或手动桨式鱼尾摆，如图5和图6所示，其中摆杆5是手动操作杆。

如图8所示，图8是第五实施例，是一种改进的旋转鱼尾摆，其中鱼尾摆1固定在螺旋桨叶片11的后端，与螺旋桨的旋转方向成法向垂直，当螺旋桨转动时，叶片11向后推水，同时鱼尾摆1也向后推水，使船获得向前的动力。泄流孔13的作用是减小涡流，降低噪音，其结构与工作原理由第十五实施例给出，如图21和图22所示。

如图9和图10所示，图9图和图10是第六、第七实施例，其与实施例1的区别在于是一种涵道式鱼尾摆推进系统，可在涵道14中设置多部鱼尾摆推进装置或多部旋转鱼尾摆推进装置。

如图11和图12所示，图11和图12是第八实施例，是一种半固定翼半扑翼飞机，图11中扑翼1-1与固定翼17平行，扑翼1-1绕摆轴3上下扑动；图12中扑翼1-1与固定翼17垂直，扑翼1-1绕摆轴3左右扑动。其中，扑翼系统提供飞行动力，固定翼17提供升力，尾翼19保持平衡，垂直尾翼20控制转向，副翼18控制升降。图11和图12中的扑翼推进系统采用第四实施例中的扑翼推进系统，如图7所示。

如图13所示，图13是第九实施例，是一种双曲轴扑翼飞机示意图，其中扑翼实体17-1的作用相当于第八实施例中的固定翼17。在图13中，扑翼1-1与扑翼实体17-1固定，扑翼实体17-1与动力曲轴21和从动曲轴21-1连接，当动力曲轴21绕动力轴8-1转动时，从动曲轴21-1随着动力曲轴21的转动而转动，此时扑翼实体17-1与扑翼1-1作环形圆周运动，整个运动过程中扑翼实体呈水平状态，扑翼1-1上下扑动产生动力。

如图14所示，图14第十实施例，是一种碟形扑翼机，其中扑翼推进系统由第四实施例的图7提供，尾副翼22在尾平衡翼19的后侧，可以控制飞碟的俯仰和转向，其它同第八实施例。

如图15所示，图15是第十一实施例，是一种人力（也可改进为其他动力驱动）扑翼机，该扑翼机可在普通路面骑行，当骑行达到一定速度时，固定翼17便可产生足够的升力使扑翼机升空，升空后扑翼1-1的动力由后轮提供（后轮相当于发动机转盘7，拨杆6固定在后轮盘面上），前轮23轮面密封可兼作方向舵。

如图16所示，图16是第十二实施例，是由第五实施例旋转鱼尾摆改进而成的万向风扇结构示意图，其中，螺旋桨叶片11的外端固定有鱼尾摆1，顶盖12固定于毂帽上，螺旋桨转动时，叶片11向上推动空气，向上运动的气流遇顶盖改变方向，由鱼尾摆1把气流吹向各个方向。图中电动机9的轴垂直于地面，风扇罩24与电动机外壳固定。

如图17所示，图17是第十三实施例，是一种扑翼风扇，其结构与工作原理与第四实施例相同。

如图18所示，图18是拆分成小单元的鱼尾摆（或扑翼），其中，每一个小单元1-2都固定于摆轴3上，小单元之间有缝隙，当鱼尾摆（或扑翼）绕摆轴摆动时，小单元之间的缝隙能起到泄流的作用，以减小涡流，降低噪音。

如图19和图20所示，图19和图20是第十四实施例，是一种增强型鱼尾摆（或扑翼）推进装置的结构示意图。图中拨杆6与滑套27成内外结构，滑套内注液体润滑剂，当转盘7转动时，拨杆6带动滑套27在滑杆26上滑动，滑杆26绕摆轴3摆动，摆轴3带动鱼尾摆1（或扑翼1-1）摆动。

如图21和图22所示，图21和图22是第十五实施例，是泄流孔和泄流单元的结构示意图。在图22的单元泄流孔28的三维结构图中，xoz面是泄流孔的迎水面，把单元泄流孔28沿y轴方向排列可组成叶片的一个单元层，把单元层沿z轴方向排列就组成整体叶片。在叶片上设置泄流孔的优点在于，首先是增大了叶片的强度，增大了推水面积，减轻了叶片重量，其次蜂窝状的泄流孔使原本作用于实体叶片的水流被泄流孔切割成许多细小的水流向后排去，可以最大限度的减小涡流，避免大气泡的产生，降低噪音。

如图23和图24所示，图23和图24 是第十六实施例，其中鱼尾摆1（或扑翼1-1）由曲柄连杆机构驱动，曲柄31与后轮轴一体，通过连杆32与摆杆5相连，当后轮转动时带动曲柄31转动，曲柄31带动连杆32运动，连杆32推动摆杆5绕摆轴上下运动。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，包括鱼尾摆或扑翼、摆杆、摆轴、摆轴套、发动机、发动机转盘、拨杆，其特征在于,所述鱼尾摆或扑翼为弹性结构，摆杆与摆轴呈九十度角连接，鱼尾摆或扑翼固定在摆轴上，摆轴穿过摆轴套与船体或机体相连，当摆杆摆动时鱼尾摆或扑翼绕摆轴往复摆动。

2.根据权利要求1所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述鱼尾摆或扑翼是弹性结构，并且鱼尾摆或扑翼的内部嵌有钢丝、或钢条，外面覆盖具有弹性的橡胶或硅胶，或整体鱼尾摆或扑翼由弹性合金或纤维制成。

3.根据权利要求1所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述鱼尾摆或扑翼由多个小单元结构组成，每个小单元之间留有缝隙。

4.根据权利要求1所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述鱼尾摆是手动橹式鱼尾摆或手动桨式鱼尾摆。

5.根据权利要求1所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述鱼尾摆是旋转鱼尾摆,旋转鱼尾摆的前部嵌有螺旋桨叶片，叶片上设置蜂窝状泄流孔，叶片的后端与鱼尾摆相接，当动力轴转动时，旋转鱼尾摆向后拨水推动船只或飞行器前进。

6.根据权利要求1所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述扑翼是半固定翼半扑翼飞机，并且所述扑翼与固定翼都呈水平状态，扑翼通过摆轴与固定翼相连接，扑翼可绕摆轴上下扑动。

7.根据权利要求1所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述扑翼是双曲轴扑翼飞机，并且两翼整体呈弹性结构;整个推进系统由双曲轴构成，其中动力曲轴与从动曲轴由刚性构件连接，扑翼与刚性构件固定，当动力曲轴转动时与从动曲轴一起带动翼翅转动，从而产生推力推动飞行器向前飞行。

8.根据权利要求5所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述旋转鱼尾摆由万向风扇替代;所述扑翼由扑翼风扇替代。

9.一种弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,所述鱼尾摆或扑翼的推进装置为增强型活连接推进系统;包括鱼尾摆或扑翼、摆轴、摆轴套、摆杆、动力轴、转盘、拨杆、滑杆、滑套，其中，鱼尾摆或扑翼固定在摆轴上，摆轴穿过摆轴套与船体或机体相连，滑杆穿过滑套与摆轴成刚性平行连接，滑套与拨杆成内外活连接，当发动机带动转盘转动时，拨杆带动滑套在滑杆上往复滑动，同时驱动鱼尾摆或扑翼左右摆动。

10.根据权利要求5所述的弹性鱼尾摆和扑翼推进装置，其特征在于,在旋转鱼尾摆的螺旋桨叶片上设置泄流孔，泄流孔呈蜂窝状结构，泄流孔与叶片斜交，泄流孔迎水面与动力轴所成的角小于叶片与动力轴所成的角。

Images