CN203865000U - 一种四旋转扑翼飞行平台 - Google Patents

Abstract

一种四旋转扑翼飞行平台，属飞行器技术领域。它由机身、起落架、驱动系统、操控系统和四组相同的旋转扑翼装置。机身采用框架结构；起落架采用滑橇式；驱动系统包括四组相同的发动机及其齿轮减速器和调速装置，它们分别驱动左后旋转扑翼、右后旋转扑翼、左前旋转扑翼和右前旋转扑翼这四个旋转扑翼装置；操控系统包括线电遥控器、接收器或自动导航控制装置和舵机；左后旋转扑翼、右后旋转扑翼、左前旋转扑翼和右前旋转扑翼由驱动系统的四台相同的发动机分别单独驱动。该飞行平台可垂直升降和悬停，机动灵活。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

一种四旋转扑翼飞行平台

技术领域

一种四旋转扑翼飞行平台，属飞行器技术领域，尤其涉及一种旋转扑翼飞行平台。

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升力，效率较低，对扑翼的疲劳强度要求较高，较难产生很大的推力，很难垂直升降和空中悬停，且机动性较差。

发明内容

为了克服上述传统飞行器的不足，本发明提供了一种四旋转扑翼飞行平台，扑翼作旋转运动，能垂直升降和悬停，采用四个扑翼独立驱动及控制方式，机动性强。 

本发明采用如下技术方案：一种四旋转扑翼飞行平台包括机身、起落架、驱动系统、操控系统和四组相同的旋转扑翼装置，四组相同的旋转扑翼装置分别是左后旋转扑翼、右后旋转扑翼、左前旋转扑翼和右前旋转扑翼。机身采用框架结构，由碳纤维材料制成；起落架采用滑橇式；驱动系统包括四组相同的发动机及其齿轮减速器和调速装置，它们分别驱动左后旋转扑翼、右后旋转扑翼、左前旋转扑翼和右前旋转扑翼这四个旋转扑翼装置；操控系统包括线电遥控器、接收器或自动导航控制装置和舵机；左后旋转扑翼和右后旋转扑翼关于机体的纵向竖直对称面左右对称分别布置于机身的左右两侧；左前旋转扑翼和右前旋转扑翼也关于机体的纵向竖直对称面左右对称分别布置于机身的左右两侧；左前旋转扑翼和左后旋转扑翼关于机体的横向竖直对称面前后对称分别布置于机身的前后两边；右前旋转扑翼和右后旋转扑翼也关于机体的横向竖直对称面前后对称分别布置于机身的前后两边。左后旋转扑翼、右后旋转扑翼、左前旋转扑翼和右前旋转扑翼由驱动系统的四台相同的发动机分别单独驱动。该飞行平台可垂直升降和悬停，机动灵活。

左后旋转扑翼由左后主轴、左后转臂、左后翼片、左后翼轴、左后导向杆和左后导向器组成；右后旋转扑翼由右后主轴、右后转臂、右后翼片、右后翼轴、右后导向杆和右后导向器组成；左前旋转扑翼由左前主轴、左前转臂、左前翼片、左前翼轴、左前导向杆和左前导向器组成；右前旋转扑翼由右前主轴、右前转臂、右前翼片、右前翼轴、右前导向杆和右前导向器组成；左后主轴、右后主轴、左前主轴和右前主轴分别与驱动系统的四个发动机相连的齿轮减速器相连。

左后旋转扑翼的具体结构是：左后主轴的一端通过轴承与机身相连，左后转臂的一端与左后主轴的另一端垂直固连，左后转臂的另一端与左后翼轴的一端垂直固连，左后翼轴、左后转臂和左后主轴处于同一平面内；左后翼轴通过轴承与左后翼片相连于左后翼片的前缘处，左后翼轴与左后翼片的前缘平行，左后翼片可绕左后翼轴灵活转动；左后翼片的靠近左后转臂的端面与左后翼片的前缘垂直，左后导向杆的一端与左后翼片固连于该端面弦线与左后翼片的后缘的交汇处，左后导向杆在该端面弦线向后的延长线上且与左后翼轴垂直，左后导向杆的另一端穿过左后导向器；左后导向器由左后直线轴承穿过左后万向轴承组合而成；左后导向器通过左后万向轴承与机身相连；左后导向杆能在左后导向器内作直线滑动并随左后导向器转摆；在操控系统的控制下，左后导向器可在过左后导向杆的机体的纵截面内绕操控系统的舵机转摆移动；左后导向杆的长度足够确保一端始终在左后导向器内而不脱落。

左后旋转扑翼的工作原理是：发动机的动力经减速后传递给左后主轴，左后主轴转动带动左后转臂旋转，左后转臂带动左后翼轴旋转，在左后翼轴的牵引下左后翼片旋转扑动，由于左后导向杆和左后导向器的控制，左后翼片旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内会发生有规律的变化，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后翼片能灵活扑动，左后导向器接近左后翼轴的旋转圆周安装，但左后导向器到左后主轴之间的距离大于左后转臂长度与左后翼片的最大弦长之和。由于左后导向器接近左后翼轴的旋转圆周，在一个周期内，左后翼片下扑产生的效果远大于上扑，产生升力的效率较高。改变左后翼片的转速会改变推力的大小；推力的方向是通过改变左后导向器与左后主轴的相对方位和高度来实现的。由于左后翼片作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。

右后旋转扑翼、左前旋转扑翼和右前旋转扑翼的具体结构及工作原理都与左后旋转扑翼的相同。

附图说明

图1是本发明一种四旋转扑翼飞行平台的主视示意图；图2是图1的左视图。

图中：1-机身；2-起落架；3-驱动系统；4-操控系统；5-左后旋转扑翼；6-右后旋转扑翼；7-左前旋转扑翼；8-右前旋转扑翼；51-左后主轴；52-左后转臂；53-左后翼片；54-左后翼轴；55-左后导向杆；56-左后导向器；561-左后直线轴承；562-左后万向轴承。

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：一种四旋转扑翼飞行平台包括机身1、起落架2、驱动系统3、操控系统4和四组相同的旋转扑翼装置，四组相同的旋转扑翼装置分别是左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8。机身1采用框架结构，由碳纤维复合材料制成；起落架2采用滑橇式；驱动系统3包括四组相同的发动机及其齿轮减速器和调速装置，它们分别驱动左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8这四个旋转扑翼装置；操控系统4包括线电遥控器、接收器或自动导航控制装置和舵机；左后旋转扑翼5和右后旋转扑翼6关于机体的纵向竖直对称面左右对称分别布置于机身1的左右两侧；左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8也关于机体的纵向竖直对称面左右对称分别布置于机身1的左右两侧；左前旋转扑翼7和左后旋转扑翼5关于机体的横向竖直对称面前后对称分别布置于机身1的前后两边；右前旋转扑翼8和右后旋转扑翼6也关于机体的横向竖直对称面前后对称分别布置于机身1的前后两边。左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8由驱动系统的四台相同的发动机分别单独驱动。该飞行平台可垂直升降和悬停，机动灵活。

左后旋转扑翼5由左后主轴51、左后转臂52、左后翼片53、左后翼轴54、左后导向杆55和左后导向器56组成；右后旋转扑翼6由右后主轴、右后转臂、右后翼片、右后翼轴、右后导向杆和右后导向器组成；左前旋转扑翼7由左前主轴、左前转臂、左前翼片、左前翼轴、左前导向杆和左前导向器组成；右前旋转扑翼8由右前主轴、右前转臂、右前翼片、右前翼轴、右前导向杆和右前导向器组成；左后主轴51、右后主轴、左前主轴和右前主轴分别与驱动系统的四个发动机相连的齿轮减速器相连。

左后旋转扑翼5的具体结构是：左后主轴51的一端通过轴承与机身1相连，左后转臂52的一端与左后主轴51的另一端垂直固连，左后转臂52的另一端与左后翼轴54的一端垂直固连，左后翼轴54、左后转臂52和左后主轴51处于同一平面内；左后翼轴54通过轴承与左后翼片53相连于左后翼片53的前缘处，左后翼轴54与左后翼片53的前缘平行，左后翼片53可绕左后翼轴54灵活转动；左后翼片53的靠近左后转臂52的端面与左后翼片53的前缘垂直，左后导向杆55的一端与左后翼片53固连于该端面弦线与左后翼片53的后缘的交汇处，左后导向杆55在该端面弦线向后的延长线上且与左后翼轴54垂直，左后导向杆55的另一端穿过左后导向器56；左后导向器56由左后直线轴承561穿过左后万向轴承562组合而成；左后导向器56通过左后万向轴承562与机身1相连；左后导向杆55能在左后导向器56内作直线滑动并随左后导向器56转摆；在操控系统4的控制下，左后导向器56可在过左后导向杆55的机体的纵截面内绕操控系统4的舵机转摆移动；左后导向杆55的长度足够确保一端始终在左后导向器56内而不脱落。

左后翼片53、右后翼片、左前翼片和右前翼片都采用碳纤维复合材料制作，强度高重量轻。左后翼片53、右后翼片、左前翼片和右前翼片均呈直角梯形，翼型采用上凸下平型或上凸下凹型。这种结构飞行时阻力很小，便于高效飞行。

左后旋转扑翼5的工作原理是：发动机的动力经减速后传递给左后主轴51，左后主轴51转动带动左后转臂52旋转，左后转臂52带动左后翼轴54旋转，在左后翼轴54的牵引下左后翼片53旋转扑动，由于左后导向杆55和左后导向器56的控制，左后翼片53旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内会发生有规律的变化，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后翼片53能灵活扑动，左后导向器56接近左后翼轴54的旋转圆周安装，但左后导向器56到左后主轴51之间的距离大于左后转臂52长度与左后翼片53的最大弦长之和。由于左后导向器56接近左后翼轴54的旋转圆周，在一个周期内，左后翼片53下扑产生的效果远大于上扑，产生升力的效率较高。改变左后翼片53的转速会改变推力的大小；推力的方向是通过改变左后导向器56与左后主轴51的相对方位和高度来实现的。由于左后翼片53作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。

右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8的具体结构都与左后旋转扑翼5的具体结构相同；右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8的工作原理都与左后旋转扑翼5的工作原理相同。

本发明一种四旋转扑翼飞行平台的驱动系统的四台发动机均采用相同的电动机，由方便充电的锂电池供电。

下面就该发明一种四旋转扑翼飞行平台的飞行状态对该发明作进一步说明。

起飞：同时起动驱动系统的四台发动机，驱动左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8旋转扑动，利用操控系统4调整左后导向器56、右后导向器、左前导向器和右前导向器的方位和高度，让它们处于平衡位置，使左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8产生的合力竖直向上，当各发动机输出功率达到一定值时，升力大于机体重量，该四旋转扑翼飞行平台垂直升空。

前飞：起飞后，同时提高左后旋转扑翼5和右后旋转扑翼6的扑动速度，该四旋转扑翼飞行平台将向前飞行。

后飞：在空中飞行时，同时提高左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8的扑动速度，该四旋转扑翼飞行平台将实现向后飞行。

转弯飞行：在前飞时，可以通过提高左后旋转扑翼5的速度实现右转弯飞行；可以通过提高右后旋转扑翼6的扑动速度实现左转弯飞行。

悬停：在空中飞行时，将左后导向器56、右后导向器、左前导向器和右前导向器调整至适当的同样的高度位置，调整好各发动机的转速，使得使左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8产生的合力竖直向上且等于机体重量，消除飞行惯性后该飞行平台将处于悬停位置。

降落：将该飞行平台调整至悬停位置后，慢慢同时降低各发动机的转速，该飞行平台将缓缓垂直降落。

由于采用四台发动机分别单独驱动左后旋转扑翼5、右后旋转扑翼6、左前旋转扑翼7和右前旋转扑翼8，本发明一种四旋转扑翼飞行平台比较方便实现侧滚和悬停转向，机动性良好。

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。

本发明一种四旋转扑翼飞行平台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 (3)

1.一种四旋转扑翼飞行平台，包括包括机身(1)、起落架(2)、驱动系统(3)、操控系统(4)和四组相同的旋转扑翼装置，其特征在于：四组相同的旋转扑翼装置分别是左后旋转扑翼(5)、右后旋转扑翼(6)、左前旋转扑翼(7)和右前旋转扑翼(8)；机身(1)采用框架结构，由碳纤维复合材料制成；起落架(2)采用滑橇式；驱动系统(3)包括四组相同的发动机及其齿轮减速器和调速装置，它们分别驱动左后旋转扑翼(5)、右后旋转扑翼(6)、左前旋转扑翼(7)和右前旋转扑翼(8)这四个旋转扑翼装置；操控系统(4)包括线电遥控器、接收器或自动导航控制装置和舵机；右后旋转扑翼(6)、左前旋转扑翼(7)和右前旋转扑翼(8)的具体结构都与左后旋转扑翼(5)的具体结构相同；右后旋转扑翼(6)、左前旋转扑翼(7)和右前旋转扑翼(8)的工作原理都与左后旋转扑翼(5)的工作原理相同；左后旋转扑翼(5)和右后旋转扑翼(6)关于机体的纵向竖直对称面左右对称分别布置于机身(1)的左右两侧；左前旋转扑翼(7)和右前旋转扑翼(8)也关于机体的纵向竖直对称面左右对称分别布置于机身(1)的左右两侧；左前旋转扑翼(7)和左后旋转扑翼(5)关于机体的横向竖直对称面前后对称分别布置于机身(1)的前后两边；右前旋转扑翼(8)和右后旋转扑翼(6)也关于机体的横向竖直对称面前后对称分别布置于机身(1)的前后两边；左后旋转扑翼(5)由左后主轴(51)、左后转臂(52)、左后翼片(53)、左后翼轴(54)、左后导向杆(55)和左后导向器(56)组成；右后旋转扑翼(6)由右后主轴、右后转臂、右后翼片、右后翼轴、右后导向杆和右后导向器组成；左前旋转扑翼(7)由左前主轴、左前转臂、左前翼片、左前翼轴、左前导向杆和左前导向器组成；右前旋转扑翼(8)由右前主轴、右前转臂、右前翼片、右前翼轴、右前导向杆和右前导向器组成；左后主轴(51)、右后主轴、左前主轴和右前主轴分别与驱动系统的四个发动机相连的齿轮减速器相连；左后主轴(51)的一端通过轴承与机身(1)相连，左后转臂(52)的一端与左后主轴(51)的另一端垂直固连，左后转臂(52)的另一端与左后翼轴(54)的一端垂直固连，左后翼轴(54)、左后转臂(52)和左后主轴(51)处于同一平面内；左后翼轴(54)通过轴承与左后翼片(53)相连于左后翼片(53)的前缘处，左后翼轴(54)与左后翼片(53)的前缘平行，左后翼片(53)可绕左后翼轴(54)灵活转动；左后翼片(53)的靠近左后转臂(52)的端面与左后翼片(53)的前缘垂直，左后导向杆(55)的一端与左后翼片(53)固连于该端面弦线与左后翼片(53)的后缘的交汇处，左后导向杆(55)在该端面弦线向后的延长线上且与左后翼轴(54)垂直，左后导向杆(55)的另一端穿过左后导向器(56)；左后导向器(56)由左后直线轴承(561)穿过左后万向轴承(562)组合而成；左后导向器(56)通过左后万向轴承(562)与机身(1)相连；左后导向杆(55)能在左后导向器(56)内作直线滑动并随左后导向器(56)转摆；在操控系统(4)的控制下，左后导向器(56)可在过左后导向杆(55)的机体的纵截面内绕操控系统(4)的舵机转摆移动；左后导向杆(55)的长度足够确保一端始终在左后导向器(56)内而不脱落。

2.根据权利要求1所述的一种四旋转扑翼飞行平台，其特征在于：左后翼片(53)、右后翼片、左前翼片和右前翼片都采用碳纤维复合材料制作；左后翼片(53)、右后翼片、左前翼片和右前翼片均呈直角梯形，翼型采用上凸下平型或上凸下凹型。

3.根据权利要求1所述的一种四旋转扑翼飞行平台，其特征在于：左后导向器(56)接近左后翼轴(54)的旋转圆周安装，但左后导向器(56)到左后主轴(51)之间的距离大于左后转臂(52)长度与左后翼片(53)的最大弦长之和。