CN204297093U - 一种非对称旋转扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种非对称旋转扑翼飞行器，属航空技术领域，主要由机身、尾部螺旋桨、左扑翼装置、右扑翼装置和起落架组成。左扑翼装置和右扑翼装置结构、参数和工作原理都相同并对称布置于机身的左右两侧。尾部螺旋桨旋转平面能向左或向右倾斜，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。右扑翼装置包括发动机、减速器、主轴、转臂架、导向罩、中心半齿齿轮和安装在转臂架上的均匀分布的四个相同的转翼装置。每个转翼装置包括近心齿轮、远心齿轮和翼片。远心齿轮与近心齿轮的传动比为1∶1。近心齿轮与中心半齿齿轮啮合的传动比也为1∶1。翼片保持水平状态下扑，保持与转臂垂直上扬，产生升力的效率较高。该飞行器用于航拍、救灾、农林牧作业和军事需求。

Description

一种非对称旋转扑翼飞行器

技术领域

一种非对称旋转扑翼飞行器，属航空技术领域，尤其涉及一种扑翼飞行器。

背景技术

传统的扑翼机的升力装置是连杆机抅扑翼，靠上下煽动翼片来产生升力，扑翼上扬时阻力较大，效率较低，能产生的升力有限，很难实现重载飞行；专利号为ZL200910073435.8的中国专利公开的一种结构较复杂的靠扑翼提升机构使扑翼片复位的扑翼升力生成装置和现有的半转机构扑翼装置，虽然效率较传统扑翼高些，但翼片下扑过程中，只有中间位置翼片处于水平位置，其它时候翼片与水平面都存在一个夹角，越离开中间位置夹角越大，产生的升力是翼片作用力的竖直方向的分量，水平方向的分量成了损耗，故该两种现有的扑翼机的扑翼装置产生升力的效率也有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有扑翼机的上述不足，发明一种效率更高的非对称旋转扑翼飞行器。

一种非对称旋转扑翼飞行器，主要由机身、尾部螺旋桨、左扑翼装置、右扑翼装置和起落架组成。机身内配有操控系统和与地面设备相匹配的遥控装置。左扑翼装置和右扑翼装置结构、参数和工作原理都相同并对称布置于机身的左右两侧，用来产生升力。机身上左右对称分布着左缺口和右缺口，它们是为了方便左扑翼装置和右扑翼装置运转而设置的。尾部螺旋桨由小电机驱动，尾部螺旋桨旋转平面能向左或向右倾斜，在操控系统的操控下能产生向上、向左侧或向右侧的拉力，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。小电机、操作系统的舵机和遥控装置采用锂电池供电。起落架采用滑撬式起落架。左扑翼装置和右扑翼装置分别安装在机身的左缺口和右缺口处。

右扑翼装置的具体结构是：它包括发动机、减速器、主轴、转臂架、导向罩、中心半齿齿轮和安装在转臂架上的均匀分布在中心半齿齿轮周围的四个结构相同的转翼装置。中心半齿齿轮是一个只有半周带齿的齿轮，它通过主轴的轴套固定安装于机身上，中心半齿齿轮的带齿半周朝右，无齿半周朝左，无齿半周的边缘半径小于带齿半周的齿谷半径，以免转翼装置的近心齿轮的齿经过时碰触到中心半齿齿轮的无齿半周。主轴纵向水平布置，主轴的后段与转臂架固连于转臂架的中心，主轴的后端通过轴承安装在机身上，主轴的中段通过轴承与中心半齿齿轮相连于中心半齿齿轮的中心孔内，主轴的前段除前端外被主轴的轴套套住，主轴的轴套的后端与中心半齿齿轮固连，主轴的轴套的前端与机身固连，主轴能在中心半齿齿轮的中心孔内和主轴的轴套内灵活转动；主轴的前端与减速器相连，发动机固定在机身上，发动机的动力通过减速器传递给主轴。转臂架是由四条相同的转臂组成的一个完全对称的十字支架，用来支撑四个转翼装置。每个转翼装置包括近心齿轮、远心齿轮和翼片。翼片为刚性矩形平板翼片。翼片的左右两条母线边中部安装有用以减小翼片左右两端紧贴导向罩内壁滑动摩擦的能灵活滚动的减摩滚筒。翼片的后端对称固定在远心齿轮的前端面中部，翼片与远心齿轮垂直；远心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂架的转臂的末梢，近心齿轮的转轴通过轴承安装在转臂架的转臂的中部，同一转翼装置上的远心齿轮与近心齿轮啮合，其传动比为1∶1。四个近心齿轮在主轴的右侧时均与中心半齿齿轮啮合，其啮合传动比为1∶1。导向罩呈半圆弧形，靠左固定安装在机身上，导向罩的包角范围稍大于180°，上至当转臂架的一条转臂处于12点钟位置时相应的翼片的处于右侧的减摩滚筒处，下至当转臂架的一条转臂处于6点钟位置时相应的翼片的处于左侧的减摩滚筒处。导向罩内壁是以主轴的轴线为中心线的光滑的圆弧形曲面，该圆弧半径尺寸刚好使得翼片在主轴的左侧运行时翼片左右两端的减摩滚筒都能同时紧贴导向罩内壁滚动，确保翼片在主轴左侧从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架的相应的转臂垂直。为了翼片在主轴的下方从主轴的右侧往左侧运行刚好运行到最低处时翼片的减摩滚筒能顺利过渡到导向罩内壁，导向罩下端设置了与内壁光滑连接的向下并向外弯曲的一小段。组装右扑翼装置时，确保转臂架的转臂处于主轴正上方竖直位置时相应的翼片水平布置。转臂架的每个转臂结构相同，转臂的断面为翼型。

右扑翼装置的工作原理：四个转翼装置的工作原理相同，下面针对一个转翼装置来说明其工作原理：下扑起始位置为支撑该转翼装置的转臂架的一条转臂竖直布置于主轴的正上方即处于12点钟位置，此时该转翼装置的翼片处于水平位置并位于最高处，导向罩全部罩住翼片。从该飞行器的后端往前端看，启动发动机，动力从主轴的前端输入，在动力的驱动下，主轴顺时针转动，带动转臂架顺时针转动，中心半齿齿轮固定不动，且带齿半周朝右，由于远心齿轮与近心齿轮啮合的传动比为1∶1，且近心齿轮在主轴的右侧时与中心半齿齿轮啮合的传动比为1∶1，翼片下扑时在远心齿轮的带动下逆时针自转保持水平状态下扑，当转臂架的转臂转至主轴正下方处于竖直位置即处于6点钟位置时翼片处于最低位置，此时翼片的左端减摩滚筒已进入导向罩内壁，完成了下扑过程。上扬过程是：从翼片处于最低位置开始，由于中心半齿齿轮的无齿半周朝左，且无齿半周的边缘半径小于带齿半周的齿谷半径，在过主轴的纵向铅垂面的左侧，近心齿轮脱离中心半齿齿轮的约束，主轴在动力的驱动下继续顺时针转动，带动转臂架继续顺时针转动，由于导向罩的约束，翼片左右两端的减摩滚筒都同时紧贴导向罩内壁滚动，翼片从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架的转臂垂直。当转臂架的转臂转至主轴正上方处于竖直位置即处于12点钟时，翼片处于最高位置，完成了上扬过程，该转翼装置回到了下扑过程的起始状态。主轴在动力的驱动下继续顺时钟转动，进入下一个工作周期。主轴连续顺时钟旋转带动转臂架旋转以实现翼片的连续下扑和上扬运动过程，产生向上的升力，转速越快产生的升力越大。由于转臂架的转臂的断面为翼型，调整好转臂的攻角，还能产生向前或向后的推力。下扑过程翼片始终处于水平状态，故能产生较大升力，由于作用力在水平方向几乎没有分量，故产生升力的效率较高。上扬过程翼片始终保持与转臂架的相应的转臂垂直，阻力较小。

左扑翼装置和右扑翼装置结构相同且对称。左扑翼装置的导向罩靠右安装。左扑翼装置的中心半齿齿轮的带齿半周朝左，无齿半周朝右。左扑翼装置的主轴在动力的驱动下逆时针方向转动带动左扑翼装置的转臂架逆时针方向旋转。左扑翼装置的翼片在左扑翼装置的主轴的左侧时处于水平状态下扑，在左扑翼装置的主轴的右侧时保持与相应的转臂垂直上扬。

附图说明

图1是本发明一种非对称旋转扑翼飞行器的后视示意图；图2是图1的俯视示意图；图3是图1中的右扑翼装置的放大示意图；图4是图2中的右扑翼装置的放大示意图；图5是图3中的右扑翼装置的中心半齿齿轮的放大示意图。

图中，1-机身，11-左缺口，12-右缺口；2-尾部螺旋桨，21-小电机；3-左扑翼装置；4-右扑翼装置；5-起落架。

属于左扑翼装置3的构件：30-发动机，31-减速器，32-主轴，33-转臂架，331-转臂，34-中心半齿齿轮，35-转翼装置，36-导向罩。

属于右扑翼装置4的构件：40-发动机，41-减速器，42-主轴，43-转臂架，431-转臂，44-中心半齿齿轮，45-转翼装置，451-近心齿轮，452-远心齿轮，453-翼片，454-翼片边缘减摩滚筒；46-导向罩。

具体实施方式

现结合附图1~5对本发明加以具体说明：一种非对称旋转扑翼飞行器，主要由机身1、尾部螺旋桨2、左扑翼装置3、右扑翼装置4和起落架5组成。机身1内配有操控系统和与地面设备相匹配的遥控装置。左扑翼装置3和右扑翼装置4结构、参数和工作原理都相同并对称布置于机身1的左右两侧，用来产生升力。机身1上左右对称分布着左缺口11和右缺口12，它们是为了方便左扑翼装置3和右扑翼装置4运转而设置的。尾部螺旋桨2由小电机21驱动，尾部螺旋桨2旋转平面能向左或向右倾斜，在操控系统的操控下能产生向上、向左侧或向右侧的拉力，以实现该飞行器的俯仰及偏航飞行姿态。小电机21、操作系统的舵机和遥控装置采用锂电池供电。起落架5采用滑撬式起落架。左扑翼装置3和右扑翼装置4分别安装在机身1的左缺口11和右缺口12处。

右扑翼装置4的具体结构是：它包括发动机40、减速器41、主轴42、转臂架43、导向罩46、中心半齿齿轮44和安装在转臂架43上的均匀分布在中心半齿齿轮44周围的四个结构相同的转翼装置45。中心半齿齿轮44是一个只有半周带齿的齿轮，它通过主轴42的轴套421固定安装于机身1上，中心半齿齿轮44的带齿半周441朝右，无齿半周442朝左，无齿半周442的边缘半径小于带齿半周441的齿谷半径，以免转翼装置45的近心齿轮451的齿经过时碰触到中心半齿齿轮44的无齿半周442。主轴42纵向水平布置，主轴42的后段与转臂架43固连于转臂架43的中心，主轴42的后端通过轴承安装在机身1上，主轴42的中段通过轴承与中心半齿齿轮44相连于中心半齿齿轮44的中心孔内，主轴42的前段除前端外被主轴的轴套421套住，主轴的轴套421的后端与中心半齿齿轮44固连，主轴的轴套421的前端与机身1固连，主轴42能在中心半齿齿轮44的中心孔内和主轴的轴套421内灵活转动；主轴42的前端与减速器41相连，发动机40固定在机身1上，发动机40的动力通过减速器41传递给主轴42。转臂架43是由四条相同的转臂431组成的一个完全对称的十字支架，用来支撑四个转翼装置45。每个转翼装置45包括近心齿轮451、远心齿轮452和翼片453。翼片453为刚性矩形平板翼片。翼片453的左右两条母线边中部安装有用以减小翼片453左右两端紧贴导向罩5内壁滑动摩擦的能灵活滚动的减摩滚筒454。翼片453的后端对称固定在远心齿轮452的前端面中部，翼片453与远心齿轮452垂直；远心齿轮452的转轴通过轴承安装在转臂架43的转臂431的末梢，近心齿轮452的转轴通过轴承安装在转臂架43的转臂431的中部，同一转翼装置45上的远心齿轮452与近心齿轮451啮合，其传动比为1∶1。四个近心齿轮451在主轴42的右侧时均与中心半齿齿轮44啮合，其啮合传动比为1∶1。导向罩46呈半圆弧形，靠左固定安装在机身1上，导向罩的包角范围稍大于180°，上至当转臂架43的一条转臂431处于12点钟位置时相应的翼片453的处于右侧的减摩滚筒454处，下至当转臂架43的一条转臂431处于6点钟位置时相应的翼片453的处于左侧的减摩滚筒454处。导向罩46内壁是以主轴42的轴线为中心线的光滑的圆弧形曲面，该圆弧半径尺寸刚好使得翼片453在主轴42的左侧运行时翼片453左右两端的减摩滚筒454都能同时紧贴导向罩46内壁滚动，确保翼片453在主轴42左侧从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架43的相应的转臂431垂直。为了翼片453在主轴42的下方从主轴42的右侧往左侧运行刚好运行到最低处时翼片453的减摩滚筒454能顺利过渡到导向罩46内壁，导向罩46下端设置了与内壁光滑连接的向下并向外弯曲的一小段。组装右扑翼装置4时，确保转臂架43的转臂431处于主轴42正上方竖直位置时相应的翼片453水平布置。转臂架43的四个转臂431结构相同，转臂431的断面为翼型。

右扑翼装置4的工作原理：四个转翼装置45的工作原理相同，下面针对一个转翼装置45来说明其工作原理：下扑起始位置为支撑该转翼装置45的转臂架43的一条转臂431竖直布置于主轴42的正上方即处于12点钟位置，此时该转翼装置45的翼片453处于水平位置并位于最高处，导向罩46全部罩住翼片453。从该飞行器的后端往前端看，启动发动机，动力从主轴42的前端输入，在动力的驱动下，主轴42顺时针转动，带动转臂架43顺时针转动，中心半齿齿轮44固定不动，且带齿半周441朝右，由于远心齿轮452与近心齿轮451啮合的传动比为1∶1，且近心齿轮451在主轴42的右侧时与中心半齿齿轮44啮合的传动比为1∶1，翼片453下扑时在远心齿轮452的带动下逆时针自转保持水平状态下扑，当转臂架43的转臂431转至主轴42正下方处于竖直位置即处于6点钟位置时翼片453处于最低位置，此时翼片453的左端减摩滚筒454已进入导向罩46内壁，完成了下扑过程。上扬过程是：从翼片453处于最低位置开始，由于中心半齿齿轮44的无齿半周442朝左，且无齿半周442的边缘半径小于带齿半周441的齿谷半径，在过主轴42的纵向铅垂面的左侧，近心齿轮451脱离中心半齿齿轮44的约束，主轴42在动力的驱动下继续顺时针转动，带动转臂架43继续顺时针转动，由于导向罩46的约束，翼片453左右两端的减摩滚筒454都同时紧贴导向罩46内壁滚动，翼片453从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架43的转臂431垂直。当转臂架43的转臂431转至主轴42正上方处于竖直位置即处于12点钟时，翼片453处于最高位置，完成了上扬过程，该转翼装置45回到了下扑过程的起始状态。主轴42在动力的驱动下继续顺时钟转动，进入下一个工作周期。主轴42连续顺时钟旋转带动转臂架43旋转以实现翼片453的连续下扑和上扬运动过程，产生向上的升力，转速越快产生的升力越大。由于转臂架43的转臂431的断面为翼型，调整好转臂431的攻角，还能产生向前或向后的推力。下扑过程翼片453始终处于水平状态，故能产生较大升力，由于作用力在水平方向几乎没有分量，故产生升力的效率较高。上扬过程翼片453始终保持与转臂架43的相应的转臂431垂直，阻力较小。

左扑翼装置3和右扑翼装置4结构相同且对称。左扑翼装置3的导向罩36靠右安装。左扑翼装置3的中心半齿齿轮34的带齿半周朝左，无齿半周朝右。左扑翼装置3的主轴32在动力的驱动下逆时针方向转动带动左扑翼装置3的转臂架33逆时针方向旋转。左扑翼装置3的翼片在左扑翼装置3的主轴32的左侧时处于水平状态下扑，在左扑翼装置3的主轴32的右侧时保持与相应的转臂垂直上扬。

所有的翼片采用碳纤维材料制作。两个发动机相同，均采用内燃机或电机，采用电机时用锂电池供电。

该飞行器可用于航拍、救灾、农林牧作业和一些军事需求。

Claims (7)

1.一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：主要由机身（1）、尾部螺旋桨（2）、左扑翼装置（3）、右扑翼装置（4）和起落架（5）组成；机身（1）内配有操控系统和与地面设备相匹配的遥控装置；左扑翼装置（3）和右扑翼装置（4）结构、参数和工作原理都相同并对称布置于机身（1）的左右两侧；机身（1）上左右对称分布着左缺口（11）和右缺口（12）；尾部螺旋桨（2）由小电机（21）驱动，尾部螺旋桨（2）旋转平面能向左或向右倾斜；左扑翼装置（3）和右扑翼装置（4）分别安装在机身（1）的左缺口（11）和右缺口（12）处；

右扑翼装置（4）的具体结构是：它包括发动机（40）、减速器（41）、主轴（42）、转臂架（43）、导向罩（46）、中心半齿齿轮（44）和安装在转臂架（43）上的均匀分布在中心半齿齿轮（44）周围的四个结构相同的转翼装置（45）；中心半齿齿轮（44）是一个只有半周带齿的齿轮，它通过主轴（42）的轴套（421）固定安装于机身（1）上，中心半齿齿轮（44）的带齿半周（441）朝右，无齿半周（442）朝左，无齿半周（442）的边缘半径小于带齿半周（441）的齿谷半径；主轴（42）纵向水平布置，主轴（42）的后段与转臂架（43）固连于转臂架（43）的中心，主轴（42）的后端通过轴承安装在机身（1）上，主轴（42）的中段通过轴承与中心半齿齿轮（44）相连于中心半齿齿轮（44）的中心孔内，主轴（42）的前段除前端外被主轴的轴套（421）套住，主轴的轴套（421）的后端与中心半齿齿轮（44）固连，主轴的轴套（421）的前端与机身（1）固连，主轴（42）能在中心半齿齿轮（44）的中心孔内和主轴的轴套（421）内灵活转动；主轴（42）的前端与减速器（41）相连，发动机（40）固定在机身（1）上，发动机（40）的动力通过减速器（41）传递给主轴（42）；转臂架（43）是由四条相同的转臂（431）组成的一个完全对称的十字支架，用来支撑四个转翼装置（45）；每个转翼装置（45）包括近心齿轮（451）、远心齿轮（452）和翼片（453）；翼片（453）为刚性矩形平板翼片；翼片（453）的左右两条母线边中部安装有用以减小翼片（453）左右两端紧贴导向罩（5）内壁滑动摩擦的能灵活滚动的减摩滚筒（454）；翼片（453）的后端对称固定在远心齿轮（452）的前端面中部，翼片（453）与远心齿轮（452）垂直；远心齿轮（452）的转轴通过轴承安装在转臂架（43）的转臂（431）的末梢，近心齿轮（452）的转轴通过轴承安装在转臂架（43）的转臂（431）的中部，同一转翼装置（45）上的远心齿轮（452）与近心齿轮（451）啮合，其传动比为1∶1；四个近心齿轮（451）在主轴（42）的右侧时均与中心半齿齿轮（44）啮合，其啮合传动比为1∶1；导向罩（46）呈半圆弧形，靠左固定安装在机身（1）上，导向罩（46）的包角范围稍大于180°，上至当转臂架（43）的一条转臂（431）处于12点钟位置时相应的翼片（453）的处于右侧的减摩滚筒（454）处，下至当转臂架（43）的一条转臂（431）处于6点钟位置时相应的翼片（453）的处于左侧的减摩滚筒（454）处；导向罩（46）内壁是以主轴（42）的轴线为中心线的光滑的圆弧形曲面，该圆弧半径尺寸刚好使得翼片（453）在主轴（42）的左侧运行时翼片（453）左右两端的减摩滚筒（454）都能同时紧贴导向罩（46）内壁滚动，确保翼片（453）在主轴（42）左侧从最低处运行到最高处的过程中始终保持与转臂架（43）的相应的转臂（431）垂直；转臂架（43）的转臂（431）处于主轴（42）正上方竖直位置时相应的翼片（453）水平布置。

2.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：小电机（21）、操作系统的舵机和遥控装置采用锂电池供电。

3.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：起落架（5）采用滑撬式起落架。

4.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：所有的翼片采用碳纤维材料制作。

5.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：导向罩（46）下端设置了与内壁光滑连接的向下并向外弯曲的一小段。

6.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：转臂架（43）的四个转臂（431）结构相同，转臂（431）的断面为翼型。

7.根据权利要求1所述的一种非对称旋转扑翼飞行器，其特征在于：两个发动机相同，均采用内燃机或电机，采用电机时用锂电池供电。