CN211810223U - 多自由度极限动能扑翼飞机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多自由度极限动能扑翼飞机，包括机身、动力系统、侧翼、尾翼、伸缩杆，动力系统置于机身内，侧翼对称的设置在机身的两侧，侧翼通过固定杆与机身连接，伸缩杆一端与侧翼中部的伸缩杆固定架活动连接，另一端与机身活动连接；动力系统为伸缩杆传输动力；侧翼向上运动时其所受空气阻力小于侧翼向下运动时其所受空气阻力。本实用新型所提供的多自由度极限动能扑翼飞机结构新颖，具有扑动和前后掠动两个自由度，具有气动效率高和机动性强的优势。

Description

多自由度极限动能扑翼飞机

技术领域

本实用新型涉及低速航空领域，尤其是一种多自由度极限动能扑翼飞机。

背景技术

无人飞行器最早始于20世界40年代，随着科技发展，近些年来无人飞行器在现代社会起着越来越重要的作用，根据科学家以及工程师们的不断研究，未来的飞行器总体设计期望趋向于小巧化，灵活化。

扑翼飞机是通过模拟昆虫及鸟类扑翼飞行方式而设计制造的具有仿生特性的一类无人飞行器，具有质量轻、机动性强、能耗低、蔽性强等显著优点，在军用及民用领域都具有广泛的应用前景，已经成为无人飞行器领域研究的一个新热点。

昆虫或鸟类飞行时翅膀运动形式十分复杂，但可以简化为上下扑动、扭转和前后掠动三种基本运动形式，即自然界的昆虫或鸟类具有三自由度的运动模式；扑翼飞机若仅可以上下扑动，即为单自由度的扑翼飞机，若在单纯上下扑动的基础上，加入扭转或前后掠动的运动形式即为多自由度扑翼飞机。多自由度扑翼飞机相较单自由度飞行器无疑在机动性等方面有较大的优势。

已知的扑翼飞机大部分为单自由度飞行器，仅仅具有扑动的运动形式，在进行转向时几乎无法良好操控。因此性能更好的多自由度扑翼飞行器越来越受到人们的青睐。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多自由度极限动能扑翼飞机。

为实现上述目的，本申请提供了一种多自由度极限动能扑翼飞机，包括机身、动力系统、侧翼、尾翼、伸缩杆，所述动力系统置于机身内，所述侧翼对称的设置在机身的两侧，所述侧翼通过固定杆与所述机身连接，伸缩杆一端与侧翼中部的伸缩杆固定架连接，另一端与机身活动连接；所述动力系统为伸缩杆传输动力；所述侧翼向上运动时其所受空气阻力极限小于侧翼向下运动时其所受空气阻力。

所述侧翼包括网格型翼框、网片、羽片组、转轴、万向轴，将翼框整体覆盖的网片及，固定于翼框的网格上的羽片组；所述网片与所述羽片组分别固定在所述翼框的两面上形成侧翼，所述转轴与侧翼根部的翼框外边缘连接；所述转轴中间是万向轴，所述万向轴能使转轴做轴向运动和径向运动。翼框网格上覆盖网片，网片为1-3cm见方的碳素编织网。覆盖网片的一面为机翼的顶面，固定羽片组一面为机翼的底面，顶面朝上，底面朝下。

本实用新型中的动力系统为汽油机、液压泵、液压控制器。伸缩杆及伸缩调节杆均为带有液压接口的液压伸缩杆。伸缩杆及伸缩调节杆的两端均为活动连接。液压控制器控制液压泵的液压传输使液压伸缩杆伸缩，即伸缩杆做伸缩运动。当扑翼飞机开始运行时，首先由通过为汽油机带动液压泵，通过液压控制器控液压传输使伸缩杆做伸缩运动，伸缩杆伸缩时侧翼以根部的转轴为轴转动，完成上、下扑动的动作。

更进一步的，所述尾翼与所述侧翼的结构相同，顶面朝上，底面朝下。所述尾翼设置在机身尾部，固定杆一端与所述万向轴连接，另一端穿过机身开孔与机身内的转向器相连，伸缩杆一端与尾翼中部的伸缩杆固定架活动连接，另一端穿过机身尾部开孔与固定杆连接。尾翼通过机体尾部的转换器调整翼面方向，能以固定杆为轴做出飞机航行所需要的转向。转向器包括垂直于水平面的从动齿轮和带动从动齿轮转动的主动齿轮。固定杆一端连接尾翼根部的转轴上的万向轴，一端通过机身开孔与从动齿轮固定连接。伸缩杆一端与尾翼中部的伸缩杆固定架活动连接，另一端穿过机身尾部开孔与固定杆通过连接杆连接，固定杆与连接杆固定连接，伸缩杆与连接杆是活动连接。尾翼转向时，主动齿轮转动，带动从动齿轮转动，从而带动固定杆转动，则尾翼的方向改变。尾翼翼面呈垂直状态时，伸缩杆在动力系统的控制下伸缩从而使尾翼摆动，通过尾翼的摆动控制飞机航行方向。尾翼的存在能够更好的控制飞机的平衡。也能增加飞机的飞行速度。

机翼根据机身大小及负重的多少设计相应的面积。

更进一步的，所述固定杆一端固定于机身，另一端与所述万向轴连接，所述固定杆靠近机体部分活动连接有伸缩调节杆，所述伸缩调节杆另一端与所述转轴活动连接。可伸缩调节杆上带有液压接口与液压传输系统连接。液压传输使伸缩调节杆伸缩运动，伸缩调节杆带动转轴移动，使侧翼完成向前倾斜或者向后倾斜的掠动动作，使得飞机像鸟儿一样具有向前或向后等灵活的飞行模式。

更进一步的，所述羽片组包扩羽片框，方形羽片，羽片轴，羽片的一边固定在羽片轴上，羽片轴的两端固定在羽片框上。

更进一步的，所述羽片为柔性材料制成，并且能绕羽片轴转动。

羽片轴为轻质具有一定柔性的材料，例如细的碳素管。羽片为长方形，一般长度为70-100cm,宽度为5-15cm，羽片长边与羽片轴粘接，羽片能够绕羽片轴转动。羽片轴的两端固定在羽片框上。多个羽片依次紧密排列将羽片框覆盖。

当伸缩杆收缩使机翼向下扑动时，空气阻力及使羽片向上运动，由于网片的阻挡使羽片都舒展开贴紧网片，整个侧翼形成闭合的挡板，产生较大的阻力，也就是为飞机提供升力。煽动越快升力迅速增大。当伸缩杆伸长使机翼向上运动时，空气阻力及使羽片远离网片，机翼成为网状的框架，机翼向上的阻力变得极小。机翼向上运动时所受阻力极限小于其向下扑动时所受的阻力。如此往复，所产生巨大的阻力差就是飞机上升的动力。

更进一步的，所述侧翼和尾翼的翼框上并列3根以上龙骨，所述龙骨的纵截面是直角三角形。

龙骨的作用是加固机翼，龙骨的数量与大小根据机翼的面积大小确定。龙骨的短直角边固定在机翼根部的转轴上，长直角边端面与机翼的翼框网格固定。

更进一步的，所述伸缩杆固定架的纵断面为等腰三角形。伸缩杆固定架与转轴平行横跨龙骨安装。

更进一步的，所述龙骨或伸缩杆固定架为碳素板或者钛合金板。

通过动力系统控制伸缩调节杆的伸缩，达到翅膀前倾或后仰，使得飞机前进或悬停。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型最极限地、尽可能的利用翅膀煽动时的阻力差，提升飞机飞行能力。此后只有翅膀形状及质量和动力系统上的改进。扑翼阻力差是目前所有扑翼飞机的几十甚至上百倍。

2、本实用新型在目前的科技产品状态下，完全能制造出载人载货的实体中型飞机，替代目前存在的螺旋桨式直升机。

3、本实用新型进一步可以通过精密设计，电脑控制制造出一款适合人类个体的飞行器，达到如同老鹰般空中自由飞行，在天空中可悬停，可极速转向，可降落在房屋横顶，可降落在房前屋后任意空地，可想而知，能够根本解决人类交通难题。

4、本实用新型的优点是结构新颖，具有扑动和前后掠动两个自由度，改善了飞行器的气动性能，具有气动效率高和机动性强的优势。

附图说明

图1本实用新型结构示意图

图2为本实用新型动力系统示意图

图3为侧翼结构示意图

图4为本实用新型侧翼及羽片组示意图

图5为本实用新型的侧翼向上运动时羽片组示意图

图6为本实用新型的侧翼向下运动时羽片组示意图

图7为本实用新型龙骨示意图

图8为本实用新型的伸缩杆固定架示意图

图9本实用新型转向器示意图

图中，1-机身，101-机身开孔，2-侧翼，201-翼框，203-龙骨，204-伸缩杆，205-伸缩杆固定架，206-转轴，207-万向轴，208-固定杆，209-伸缩调节杆，3-尾翼，4-羽片组，401-羽片框，402-羽片，403-羽片轴，5-网片，6-动力系统，601-汽油机，602-液压泵，603-转向器，6031-从动齿轮，6032-主动齿轮，6033-连接杆，604-液压接口。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1、图2所示，多自由度极限动能扑翼飞机，包括机身1、动力系统、侧翼2和尾翼3、伸缩杆204，动力系统置于机身1内，侧翼2对称的设置在机身1的两侧，侧翼2通过固定杆208与机身1连接，伸缩杆204一端与侧翼2中部的伸缩杆固定架205连接，另一端机身内连接；所述动力系统为伸缩杆传输动力；侧翼2向上运动时空气阻力小于侧翼2向下时其所受空气阻力。

如图3、图4、图5、所示，侧翼2包括网格型翼框201、羽片组4、转轴206、万向轴207，将翼框整体覆盖的网片，固定于翼框的网格上的羽片组；网片与羽片组分别固定在翼框201的两面上形成侧翼，转轴206与侧翼根部的翼框201外边缘连接；转轴206中间是万向轴207，所述万向轴207能使转轴206做轴向运动和径向运动。

翼框201网格上所覆盖的网片为1-3cm见方的碳素编织网。覆盖网片的一面为机翼的顶面，固定羽片组4一面为机翼的底面。

本实用新型中的动力系统为汽油机601、液压泵602、液压控制器603组成。伸缩杆204及伸缩调节杆209均为带有液压接口604的液压伸缩杆。伸缩杆204及伸缩调节杆209的两端均为活动连接。液压控制器603通过液压传输使伸缩杆204伸缩。当扑翼飞机开始运行时，首先由通过为汽油机601带动液压泵602，通过液压控制器603控制液压传输使伸缩杆204做伸缩运动，伸缩杆204伸缩时侧翼以根部的转轴为轴转动，完成上、下扑动的动作。

固定杆208一端固定于机身1，另一端与万向轴207连接，固定杆208靠近机体部分活动连接有可伸缩伸缩调节杆209，伸缩调节杆209另一端与转轴206活动连接。

可伸缩伸缩调节杆209上的液压接口604与液压传输系统连接。液压传输使伸缩调节杆209伸缩运动，伸缩调节杆209带动转轴206移动，使侧翼2完成向前倾斜或者向后倾斜的掠动动作，使得飞机像鸟儿一样具有向前或向后等灵活的飞行模式。

羽片组4包扩羽片框401，方形羽片402，羽片轴403，羽片402的一边固定在羽片轴上，羽片轴403的两端固定在羽片框上。

羽片402为柔性材料制成，并且能绕羽片轴转动。

羽片轴403为轻质具有一定柔性的碳素管。羽片为长方形，一般长度为70cm,宽度为11cm，羽片402长边与羽片轴403粘接，羽片402能够绕羽片轴转动。羽片轴403的两端固定在羽片框401上。多个羽片402依次紧密排列将羽片框401覆盖。

当伸缩杆204收缩使机翼向下扑动时，空气阻力使羽片402向上运动，由于网片5的阻挡使羽片402都舒展开贴紧网片5，整个机翼形成闭合的挡板，产生较大的阻力，为飞机提供升力。煽动越快升力迅速增大。当伸缩杆204伸长使机翼向上运动时，空气阻力用使羽片402远离网片5，机翼成为网状的框架，则其向上的阻力变得极小。机翼向上运动时所受阻力远小于其向下扑动时所受的阻力。如此往复，所产生巨大的阻力差就是飞机上升的动力。

侧翼2和尾翼3的翼框201上并列4根龙骨203，如图7所示，龙骨203的纵截面是直角三角形。龙骨203的作用是加固机翼，龙骨203的短直角边端面固定在机翼根部的转轴206上，长直角边端面与机翼的翼框201网格固定。

如图8所示，伸缩杆固定架205的纵断面为等腰三角形。伸缩杆固定架205与转轴平206行横跨龙骨203安装。

龙骨和伸缩杆固定架是碳素板制成。通过液压控制器控制伸缩调节杆209的伸缩。达到翅膀前倾或后仰，使得飞机前进或悬停。

如图9所示，尾翼3与侧翼2的结构相同，安装在飞机尾部。尾翼3通过机体尾部的转换器603调整翼面方向，能以固定杆为轴做出飞机航行所需要的转向。转向器603包括垂直于水平面的从动齿轮6031和带动从动齿轮6031转动的主动齿轮6032。固定杆208一端连接尾翼根部的转轴206，一端通过机身开孔101与从动齿轮6031固定连接。伸缩杆204一端与尾翼中部的伸缩杆固定架205活动连接，另一端穿过机身尾部开孔与固定杆208通过连接杆6033连接，固定杆208与连接杆6033固定连接，伸缩杆204与连接杆6033是活动连接。尾翼转向时，主动齿轮6032转动，带动从动齿轮6031转动，从而带动固定杆转动，则尾翼的方向改变。尾翼翼面呈垂直状态时，伸缩杆204在动力系统的控制下伸缩从而使尾3翼摆动，通过尾翼3的摆动控制飞机航行方向。尾翼的存在能够更好的控制飞机的平衡。也能增加飞机的飞行速度。

尽管已经示出和描述了本实用新型实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于：包括机身、动力系统、侧翼、尾翼、伸缩杆，所述动力系统置于机身内，所述侧翼对称的设置在机身的两侧，所述侧翼通过固定杆与所述机身连接，伸缩杆一端与侧翼中部的伸缩杆固定架活动连接，另一端与机身活动连接；所述动力系统为伸缩杆传输动力；所述侧翼向上运动时其所受空气阻力小于侧翼向下运动时其所受空气阻力。

2.根据权利要求1所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于：所述侧翼包括网格型翼框、羽片组、转轴、万向轴，将翼框整体覆盖的网片；所述网片与所述羽片组分别固定在所述翼框的两面上形成侧翼，所述转轴与侧翼根部的翼框外边缘连接；所述转轴中间是万向轴，所述万向轴能使转轴做轴向运动和径向运动。

3.根据权利要求2所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于，所述尾翼与所述侧翼的结构相同；所述尾翼设置在机身尾部，固定杆一端与所述万向轴连接，另一端穿过机身开孔与转向器相连，伸缩杆一端与尾翼中部的伸缩杆固定架活动连接，另一端穿过机身尾部开孔固定杆连接。

4.根据权利要求2所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于，所述固定杆一端固定于机身，另一端与所述万向轴连接，所述固定杆靠近机体部分连接有伸缩调节杆，所述伸缩调节杆另一端与所述转轴活动连接。

5.根据权利要求2或3所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于：所述羽片组包扩羽片框，方形羽片，羽片轴，羽片的一边固定在羽片轴上，轴的两端固定在羽片框上。

6.根据权利要求5所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于：所述羽片为柔性材料制成，并且绕轴转动。

7.根据权利要求1所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于，所述侧翼和尾翼上并列3根以上龙骨，所述龙骨的纵截面是直角三角形。

8.根据权利要求1所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于，所述伸缩杆固定架的纵断面为等腰三角形。

9.根据权利要求7所述的多自由度极限动能扑翼飞机，其特征在于，所述龙骨或伸缩杆固定架为碳素板或者钛合金板。

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