CN203845010U - 一种小型类扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种小型类扑翼飞行器，属飞行器技术领域。它由机身、起落架、能源系统、操控系统、左旋转扑翼和右旋转扑翼组成。机身为框架结构，采用碳纤维复合材料；能源系统包括电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置；操控系统包括无线电遥控发射器、接收器和舵机；左旋转扑翼和右旋转扑翼结构相同，轴对称于机身左右两侧。左旋转扑翼由左转臂、左转臂轴、左翼轴、左翼片、左导向杆和左导向器组成；右旋转扑翼由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右导向杆和右导向器组成。该飞行器可垂直升降和悬停。带上拍摄设备可用于航拍、地理测量、交通执勤、军事侦查和抢险救灾等多种任务。

Description

一种小型类扑翼飞行器

技术领域

一种小型类扑翼飞行器，属飞行器技术领域，尤其涉及一种旋转扑翼飞行器。

背景技术

传统扑翼飞行器采用的升力装置是传统的扑翼机构，由曲轴连杆驱动，扑翼作上下扑动产生推力，效率较低，结构复杂，对扑翼的疲劳强度要求较高，扑翼采用柔性的，较难产生很大的推力，且很难垂直升降和空中悬停。

发明内容

为了克服上述传统飞行器的不足，本发明提供了一种小型类扑翼飞行器，翼片作旋转运动，能垂直升降和悬停。 

本发明采用的技术方案是：一种小型类扑翼飞行器由机身、起落架、能源系统、操控系统、左旋转扑翼和右旋转扑翼组成。机身为框架结构，采用碳纤维复合材料；能源系统包括一个电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置；操控系统包括无线电遥控发射器、接收器和舵机；左旋转扑翼和右旋转扑翼结构相同，它们关于过机体重心的铅垂线轴对称地分别布置于机身的左右两侧，在电机的驱动下同速反向旋转提供推力。该飞行器可垂直升降和悬停。

左旋转扑翼由左转臂、左转臂轴、左翼轴、左翼片、左导向杆和左导向器组成；右旋转扑翼由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右导向杆和右导向器组成；左导向器由左直线轴承和左关节轴承组成；右导向器由右直线轴承和右关节轴承组成；左转臂轴和右转臂轴靠近且同轴安装，分别与减速齿轮组中的两个对向从动轮连接，由电机驱动主动轮再带动该两个对向从动轮反向同速转动，从而分别带动左转臂轴和右转臂轴等速反向转动，同时驱动左旋转扑翼和右旋转扑翼反向等速旋转扑动。

左旋转扑翼的具体结构是：左转臂轴的一端通过滚动轴承与机身相连，左转臂的一端与左转臂轴的另一端垂直固连，左转臂的另一端与左翼轴的一端垂直固连，左翼轴的另一端通过轴承与左翼片相连；左转臂轴、左转臂和左翼轴处于同一平面内；左翼轴与左翼片相连于接近左翼片的前缘处，左翼轴与左翼片的前缘平行，左翼片能绕左翼轴灵活转动，但左翼轴不能在左翼片中作轴向运动；左翼片呈直角三角形，左翼片靠近左转臂的端面即左翼片的根部端面与左翼片的前缘垂直；左翼片是刚性的，由碳纤维复合材料制成；左导向杆的一端与左翼片固连于左翼片的根部端面，并与该端面的弦线重叠，左导向杆与左翼轴垂直，左导向杆的另一端穿过左导向器；左导向器由左直线轴承固定镶入左关节轴承组合而成，左导向器通过其左关节轴承的外壳与机身相连；左导向杆能在左导向器的左直线轴承内作往复直线运动并能绕导向器中心灵活摆动；左导向杆的长度足够确保在左转臂旋转全过程中左导向杆始终有一端在左导向器内而不脱落。

左旋转扑翼的工作原理是：电机的动力经减速后传递给左转臂轴，左转臂轴转动带动左转臂旋转，左转臂带动左翼轴旋转，在左翼轴的牵引下左翼片旋转扑动，由于左导向杆和左导向器的限制，左翼片旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。为了较高的扑动效率和左翼片能灵活扑动，左导向器到左转臂轴的距离稍大于左转臂长度与左翼片的最大弦长之和。在一个周期内，左翼片下扑产生的效果远大于上扑，产生推力的效率较高。推力的大小是通过改变左翼片的转速来实现的，转速越快推力越大；推力的方向是通过改变左导向器与左转臂轴的相对方位和高度来实现的。

右旋转扑翼的具体结构与左旋转扑翼的具体结构完全相同，它们关于机体的过重心的铅垂线对称并分别置于机身的左右两侧。右旋转扑翼的工作原理与左旋转扑翼的工作原理也完全相同。右旋转扑翼与左旋转扑翼的转速相同但转向相反。由于左翼片和右翼片都作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。

附图说明

图1是本发明一种小型类扑翼飞行器的主视示意图；图2是图1的左视图。

图中：1-机身；2-起落架；3-能源系统；4-操控系统；5-左旋转扑翼； 51-左转臂轴；52-左转臂；53-左翼片；54-左翼轴；55-左导向杆；56-左导向器；561-左直线轴承；562-左关节轴承；6-右旋转扑翼。图2中大的带箭头的虚线圆表示左翼轴54的旋转轨迹和转动方向。

具体实施方式

现结合附图1和附图2举例对本发明加以说明：一种小型类扑翼飞行器由机身1、起落架2、能源系统3、操控系统4、左旋转扑翼5和右旋转扑翼6组成。机身1为框架结构，采用碳纤维复合材料；能源系统3包括一个电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置，减速齿轮组包括一个主动轮和两个相同的同轴且相对安装的从动轮；操控系统4包括无线电遥控发射器、接收器和舵机；左旋转扑翼5和右旋转扑翼6结构相同，它们关于过机体重心的铅垂线对称分别布置于机身1的左右两侧在电机的驱动下同速反转提供推力。该飞行器可垂直升降和悬停。

左旋转扑翼5由左转臂52、左转臂轴51、左翼轴54、左翼片53、左导向杆55和左导向器56组成；右旋转扑翼6由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右导向杆和右导向器组成；左导向器56由左直线轴承561和左关节轴承562组成；右导向器由右直线轴承和右关节轴承组成；左转臂轴51和右转臂轴靠近且同轴安装，分别与能源系统3的减速齿轮组中的两个对向从动轮连接，由电机驱动主动轮带动该两个对向从动轮反向同速转动，从而分别带动左转臂轴51和右转臂轴等速反向转动，同时驱动左旋转扑翼5和右旋转扑翼6反向同速旋转。

左旋转扑翼5的具体结构是：左转臂轴51的一端通过滚动轴承与机身1相连，左转臂52的一端与左转臂轴51的另一端垂直固连，左转臂52的另一端与左翼轴54的一端垂直固连，左翼轴54的另一端通过轴承与左翼片53相连；左转臂轴51、左转臂52和左翼轴54处于同一平面内；左翼轴54与左翼片53相连于接近左翼片53的前缘处，左翼轴54与左翼片53的前缘平行，左翼片53能绕左翼轴54灵活转动，但左翼轴54不能在左翼片53中作轴向运动；左翼片53呈直角三角形，左翼片53靠近左转臂52的端面即左翼片53的根部端面与左翼片53的前缘垂直；左翼片53是刚性的，由碳纤维复合材料制成；左导向杆55的一端与左翼片53固连于左翼片53的根部端面，并与该端面的弦线重叠，左导向杆55与左翼轴54垂直，左导向杆55的另一端穿过左导向器56；左导向器56由左直线轴承561固定镶入左关节轴承562组合而成，左导向器56通过其左关节轴承562的外壳与机身1相连；左导向杆55能在左导向器56的左直线轴承内作往复直线运动并能绕导向器56中心灵活摆动；左导向杆55的长度足够确保在左转臂52旋转全过程中左导向杆55始终有一端在左导向器56内而不脱落。

起落架2采用滑撬式结构。

左旋转扑翼5的工作原理是：电机的动力经减速后传递给左转臂轴51，左转臂轴51转动带动左转臂52旋转，左转臂52带动左翼轴54旋转，在左翼轴54的牵引下左翼片53旋转扑动，由于左导向杆55和左导向器56的限制，左翼片53旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。为了较高的扑动效率和左翼片53能灵活扑动，左导向器56到左转臂轴51的距离稍大于左转臂52长度与左翼片53的最大弦长之和。在一个周期内，左翼片53下扑产生的效果远大于上扑，产生推力的效率较高。推力的大小是通过改变左翼片53的转速来实现的，转速越快推力越大；推力的方向是通过改变左导向器56与左转臂轴51的相对方位和高度来实现的。

右旋转扑翼6的具体结构与左旋转扑翼5的具体结构相同，它们关于机体的过重心的铅垂线轴对称并分别置于机身1的左右两侧，机体的重心在左转臂轴51与右转臂轴的连线的正下方。右旋转扑翼6的工作原理与左旋转扑翼5的工作原理也相同。右旋转扑翼6与左旋转扑翼5的转速相同但转向相反。由于右旋转扑翼6和左旋转扑翼5的结构对称性，驱动它们的从动轮也对称，导向器的起始高度相同，所有转动件的离心力自平衡，机身1两侧的气动力偶矩也相互平衡。因此，机身1两侧的左旋转扑翼5和右旋转扑翼6能产生大小相等，方向平行，作用点对称于机身的定向推力。该发明一种小型类扑翼飞行器在两侧升力的作用下能实现平稳垂直升降。

由于左翼片53和右翼片都作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。

下面就该发明一种小型类扑翼飞行器的飞行姿态对该发明作进一步说明。

起飞：起动电机，驱动左旋转扑翼5和右旋转扑翼6扑动，同时利用操控系统4使左导向器56和右导向器处于同一高度位置，并使左旋转扑翼5和右旋转扑翼6产生的气动力的合力向上，当该合力大于机体重量时，该小型类扑翼飞行器垂直升空。

前飞：起飞后，在操控系统4的控制下抬高左导向器56同时同步降低右导向器，适当提高电机的转速，能使该飞行器向前飞行。

后飞：在空中飞行时，在操控系统4的控制下抬高右导向器同时同步降低左导向器56，适当提高电机的转速，能实现向后飞行。

转弯飞行：在前飞时，在操控系统4的控制下小许抬高左导向器56飞行器将向右转弯；小许降低右导向器飞行器将向左转弯。

悬停：在空中飞行时，同时利用操控系统4使左导向器56和右导向器处于同一适当高度位置，调整好电机的转速，使左旋转扑翼5和右旋转扑翼6产生的气动力的合力向上，且等于机体重量，通过微调操控系统4消除飞行惯性后该飞行器将处于悬停位置。

降落：将该飞行器调整至悬停位置后，慢慢降低电机的转速，该飞行器将缓缓垂直降落。

以上说明是在没有气流干扰的工况下作出的，如果有气流干扰的存在，则应根据气流的方向和流速进行修偏。

本发明一种小型类扑翼飞行器带上拍摄设备可用于航拍、地理测量、交通执勤、军事侦查和抢险救灾等多种任务。

Claims (5)

1.一种小型类扑翼飞行器，由机身(1)、起落架(2)、能源系统(3)、操控系统(4)、左旋转扑翼(5)和右旋转扑翼(6)组成，其特征在于：能源系统(3)包括一个电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置；操控系统(4)包括无线电遥控发射器、接收器和舵机；左旋转扑翼(5)和右旋转扑翼(6)结构相同，它们关于过机体重心的铅垂线轴对称地分别布置于机身(1)的左右两侧，在电机的驱动下同速反向旋转提供推力；左旋转扑翼(5)由左转臂(52)、左转臂轴(51)、左翼轴(54)、左翼片(53)、左导向杆(55)和左导向器(56)组成；右旋转扑翼(6)由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右导向杆和右导向器组成；左转臂轴(51)的一端通过滚动轴承与机身(1)相连，左转臂(52)的一端与左转臂轴(51)的另一端垂直固连，左转臂(52)的另一端与左翼轴(54)的一端垂直固连，左翼轴(54)的另一端通过轴承与左翼片(53)相连；左转臂轴(51)、左转臂(52)和左翼轴(54)处于同一平面内；左翼轴(54)与左翼片(53)相连于接近左翼片(53)的前缘处，左翼轴(54)与左翼片(53)的前缘平行，左翼片(53)能绕左翼轴(54)灵活转动；左导向杆(55)的一端与左翼片(53)固连于左翼片(53)根部端面，并与该端面的弦线重叠，左导向杆(55)与左翼轴(54)垂直，左导向杆(55)的另一端穿过左导向器(56)；左导向器(56)与机身(1)相连；左导向杆(55)的长度足够确保在左转臂(52)旋转全过程中左导向杆(55)始终有一端在左导向器(56)内而不脱落；左导向器(56)到左转臂轴(51)的距离稍大于左转臂(52)长度与左翼片(53)的最大弦长之和；左转臂轴(51)和右转臂轴靠近且同轴安装，分别与减速齿轮组中的两个对向从动轮连接，由电机驱动主动轮再带动该两个对向从动轮反向同速转动，同时驱动左旋转扑翼(5)和右旋转扑翼(6)反向等速旋转扑动。

2.根据权利要求1所述的一种小型类扑翼飞行器，其特征在于：机身(1)为框架结构，采用碳纤维复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种小型类扑翼飞行器，其特征在于：左翼片(53)和右翼片均呈直角三角形，是刚性的，由碳纤维复合材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种小型类扑翼飞行器，其特征在于：起落架(2)采用滑橇式结构。

5.根据权利要求1所述的一种小型类扑翼飞行器，其特征在于：左导向器(56)由左直线轴承(561)和左关节轴承(562)组成；右导向器由右直线轴承和右关节轴承组成。