CN102582832B - 一种类扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种类扑翼飞行器，属于飞行器技术领域。该类扑翼飞行器由机体、固定轴、回转架、半转翼片、销齿轮、调向凸轮、大齿轮、从动齿轮、主动齿轮、控制电机等组成，固定轴与机体固定，回转架与从动齿轮固定联接；主动齿轮与从动齿轮啮合构成飞行器的主传动机构，驱动回转架与半转翼片旋转产生飞行器所需推进力；控制电机通过一级齿轮传动和凸轮—销齿轮传动构成飞行器的机动性控制机构，改变半转翼片的初始方位，从而改变推进力的方向。本发明所提供的类扑翼飞行器的推进力方向调节灵活、机动性能较强，有利于在复杂的飞行空间进行起降和飞行中的控制，主传动和机动性控制机构简单，可靠性高，制造成本低。

Description

一种类扑翼飞行器

技术领域

本发明属于扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种活动翼作近似单向扑动的类扑翼飞行器。

背景技术

类扑翼飞行器是通过活动翼主动运动能像鸟一样产生升力和机动性控制的飞行器，它比固定翼飞机有更强的机动性，起飞和降落不需要跑道，可以垂直起降、低速飞行或悬停，适应在复杂的空间中飞行。一般的螺旋翼直升机和固定翼垂直起降飞机，虽然具有类扑翼飞行器功能，但它们的机械结构和控制机构复杂，造价高。公知的扑翼飞行器（CN201380963Y）有一对扑翼上下拍动产生升力，同时扑翼可变换运动姿态以改变升力方向，扑翼上方设有一个螺旋桨以提高升力。因此，其控制***既要控制螺旋桨的转动，又要控制扑翼的拍动，飞行器控制机构较复杂。

另一种扑翼飞行器（CN201367116Y），它通过柔性翼的上下扑动来产生升力，并使柔性翼摆动来控制飞行器的姿态。由于柔性翼的扑动速度较低，需要增加扑翼的翼展长度来提高升力。因此，其飞行时需要的空间较大。

发明内容

为了克服现有飞行器结构和控制机构复杂、机动性不良、造价高等不足，本发明提供了一种活动翼作连续转动而产生近似单向扑动的类扑翼飞行器。本发明提供的飞行器具有传动机构和控制机构简单，机体两侧的气动力方向可在360°范围内灵活调节，不产生俯仰波动等特点，能实现垂直升降、水平前进与后退、空中悬停、灵活转向等功能。

本发明所提供的一种类扑翼飞行器包括机体1、第一半转翼片2、第二半转翼片5、第三半转翼片9、第四半转翼片10、固定轴3、回转架4、销齿轮6、调向凸轮7、大齿轮8、从动齿轮11、主动齿轮12、控制电机13；所述固定轴3垂直对称于机体1的纵向剖面并与机体1固连，形成承载的悬臂梁；两个结构相同的回转架4对称设置在机体1两侧，回转架4用轴承支撑在所述固定轴3上，可绕固定轴3相对机体1转动；四个结构相同的第一半转翼片2、第二半转翼片5、第三半转翼片9和第四半转翼片10分成两组，分别支撑在机体两侧回转架4的转臂上，每个半转翼片为对称于自转轴的矩形板，所述四个结构相同的半转翼片的自转轴线平行于固定轴3，所述第一半转翼片2与第二半转翼片5、第三半转翼片9与第四半转翼片10、第一半转翼片2与第四半转翼片10、第二半转翼片5与第三半转翼片9的相位差都为90°，每个半转翼片的一端伸出轴与一销齿轮6固定连接，所述销齿轮6与调向凸轮7啮合；所述调向凸轮7对称支撑在机体1的两侧，调向凸轮7的回转轴线与固定轴3的轴线重合；所述控制电机13固定于机体1上，所述控制电机13的齿轮与调向凸轮7上的大齿轮8啮合。

回转架4的空心轴一端与从动齿轮11固定，主动齿轮12分别与左右两侧的从动齿轮11啮合，驱动回转架转动。销齿轮6由两个外滚轮17、两个内滚轮18和销齿盘19组成。外滚轮17和内滚轮18等距分布在同一圆周上，并位于销齿盘19的两侧。销齿轮6与调向凸轮7的平面凸轮啮合使回转架转动一周，而半转翼片只转动半周。调向凸轮7由上凸轮片22、下凸轮片23、大齿轮8和凸轮架24组成。上凸轮片22、下凸轮片23的工作轮廓相同，安装相位差为180°，都与凸轮架24固定连接。凸轮架24支撑在机体1上，其回转轴线与固定轴3的轴线重合，固定于凸轮架上的大齿轮8与固定于机体1上的控制电机13的齿轮啮合。主发动机直接与主动齿轮12连接，通过一级齿轮传动构成飞行器的主传动机构，驱动回转架与半转翼片的旋转产生飞行器所需推力。控制电机通过一级齿轮传动和凸轮—销齿轮传动构成飞行器的机动性控制机构，改变半转翼相对于机体的初始方位，从而改变推进力的方向。

主动齿轮12通过从动齿轮11驱动左、右回转架等速反向转动。由于半转翼片的初始相位设置和运动构件的结构对称性，转动件的离心力自平衡，机体两侧的气动力偶矩也相互平衡。因此，机体1两侧半转翼能产生方向平行，大小相同，作用点对称于机体的定向推力，其大小可改变主传动转速来调节。由于机体1同侧的两个半转翼片相位差为90°，因此产生的气动推力的叠加效果，推力波动小。飞行器的结构是关于铅垂轴对称的，其重心位于固定轴3的下方，因此，飞行器在两侧升力的作用下能够实现平稳升降。

调向凸轮7通过与销齿轮6啮合同时改变第一半转翼片2、第二半转翼片5、第三半转翼片9、第四半转翼片10的初始方位，从而改变气动推力方向。调节方位中，负载和转动惯量小，调节灵敏。在回转架4高速转动的同时，两个控制电机13使机体两侧的调向凸轮7同时转动同一角度，可使两侧的推力相对于机体向前或向后偏转相同的角度。如果推力同时向后偏转，将产生推动机体向前的分力，使机体前进。反之，推力同时向前偏转，使机体后退。如果一侧推力向前偏转的同时，另一侧推力向后偏转，其垂直分力与重力平衡，而水平分力形成转向力偶矩，使机体产生转向运动。同时此转向力偶矩可平衡主传动***加速与减速而产生的惯性力偶矩，保持飞行方向的稳定。由于调向凸轮可以整周转动，所以，气动推力方向可以在360°范围内变化。

本发明具有以下优点;

1、推力方向可以在360°范围内灵活调节，飞行器机动性能较强，有利于在复杂环境下的升降和水平飞行控制。

2、无尾翼传动与调节机构，减轻了飞行器的自重和纵向长度，有利于提高负载能力和复杂环境的适应能力。

3、主传动和机动性控制机构简单，可靠性高，制造成本低。

附图说明

图1  是类扑翼飞行器的整体结构示意图。

图2  是半转翼、回转架与销齿轮装配示意图。

图3  是调向凸轮及其传动机构示意图。

图中： 1、机体；2、第一半转翼片；3、固定轴；4、回转架；5、第二半转翼片；6、销齿轮；7、调向凸轮；8、大齿轮；9、第三半转翼片；10、第四半转翼片、11、从动齿轮；12、主动齿轮；13、控制电机；14、左转臂；15、轴承；16、轴承；17、外滚轮；18、内滚轮；19、销齿轮盘；20、空心轴；21、右转臂；22、上凸轮片；23、下凸轮片；24、凸轮架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图1是类扑翼飞行器的整体结构示意图。本发明的类扑翼飞行器，包括机体1、第一半转翼片2、固定轴3、回转架4、第二半转翼片5、销齿轮6、调向凸轮7、大齿轮8、第三半转翼片9、第四半转翼片10、从动齿轮11、主动齿轮12、控制电机13等。机体1和固定轴3采用销联接保持无相对运动，固定轴3对称并垂直于机体纵向对称面，两个回转架4对称安装在机体1的两侧，分别通过空心轴两端的滚动轴承支撑在固定轴3上，并用螺母和止动垫圈进行轴向定位。主发动机固定在机体1上，其轴端的主动齿轮12同时与两个对称布置的从动齿轮11啮合，构成主传动机构，使左右两个回转架4等速反向转动。结构相同的第一半转翼片2、第二半转翼片5、第三半转翼片9、第四半转翼片10分为两组，对称布置在机体1的两侧，每个半转翼片的两端分别用轴承13支撑在回转架4的转臂上，可相对回转架（4）转动。四个销齿轮6分别与第一半转翼片2、第二半转翼片5、第三半转翼片9、第四半转翼片10的一端伸出轴固定联接，销齿轮6的内滚轮18与调向凸轮7的上凸轮片22啮合；销齿轮6的外滚轮17与调向凸轮7的下凸轮片23啮合。调向凸轮静止时，其轮廓曲线保证回转架转动一周而半转翼片只转动半周。两组调向凸轮7对称布置在机体1的两侧，分别通过滑动轴承支撑在机体上，并用轴用挡圈防止调向凸轮的轴向窜动。控制电机13分别固定在机体1的两侧，它们的轴端齿轮分别与固定在调向凸轮7上的大齿轮8啮合。当控制电机13使调向凸轮7相对于机体1转动时，可以改变半转翼片的初始姿态。

附图2是半转翼片、回转架和销齿轮的装配示意图。第一半转翼片2和第二半转翼片5都是对称于回转轴线的矩形体，一般轴向长度大于径向长度，纵向截面可以是平面，也可采用S型的直纹面，厚度随着回转半径增大而渐减。回转架4由左转臂14、空心轴20和右转臂21固定联接而成，左转臂14和右转臂21位于同一平面内，对称并垂直于空心轴20，左转臂14和右转臂21两端的轴承孔中心距相等。第一半转翼片2和第二半转翼片5两端的轴颈分别通过轴承15支撑在左、右转臂一端的孔中，允许半转翼片相对于回转架转动。转臂两端安装的第一半转翼片2和第二半转翼片5初始相位角为90°。销齿轮6由外滚轮17、内滚轮18和销齿盘19组成，两个外滚轮17位于销齿轮盘的一侧，并对称于销齿盘回转轴线；两个内滚轮18位于销齿盘的另一侧，四个滚轮轴线均布在同一圆周上。滚轮与销齿盘的短销采用间隙配合，允许滚轮自由转动。销齿盘与半转翼片的伸出轴端固定联接，销齿盘上的滚轮与调向凸轮的工作轮廓接触，保证回转架转动一周而半转翼转动半周。

如附图3所示，调向凸轮7由上凸轮片22、下凸轮片23、凸轮架24和大齿轮8固定安装而成，其中上凸轮片和下凸轮片结构完全相同，但它们的安装相位差为180°。上凸轮片和下凸轮片之间留有轴向间隙，一般大于销齿盘的厚度。凸轮架24的一侧固定联接上、下凸轮片，另一侧固定一大齿轮8；凸轮架的内孔轴线与上凸轮片、下凸轮片和大齿轮轴线完全重合，凸轮架24由滑动轴承支撑在机体1上。固定在机体1上的控制电机13输出轴上齿轮与大齿轮8啮合，当控制电机13驱动调向凸轮转动时，将改变半转翼的初始姿态从而改变推力方向。

Claims (2)

1.一种类扑翼飞行器，其特征在于该飞行器包括机体（1）、第一半转翼片（2）、第二半转翼片（5）、第三半转翼片（9）、第四半转翼片（10）、固定轴（3）、回转架（4）、销齿轮（6）、调向凸轮（7）、大齿轮（8）、从动齿轮（11）、主动齿轮（12）、控制电机（13）；所述固定轴（3）垂直对称于机体（1）的纵向剖面并与机体（1）固连；两个结构相同的回转架（4）对称设置在机体（1）两侧，所述回转架（4）用轴承支撑在所述固定轴（3）上；四个结构相同的半转翼片：第一半转翼片（2）、第二半转翼片（5）、第三半转翼片（9）、第四半转翼片（10）分成两组，分别支撑在机体两侧回转架（4）的转臂上，所述四个结构相同的半转翼片的自转轴线平行于固定轴（3），所述第一半转翼片（2）与第二半转翼片（5）、第三半转翼片（9）与第四半转翼片（10）、第一半转翼片（2）与第四半转翼片（10）、第二半转翼片（5）与第三半转翼片（9）的相位差都为90°，每个半转翼片的一端伸出轴与一销齿轮（6）固定连接，所述销齿轮（6）与调向凸轮（7）啮合；所述调向凸轮（7）对称支撑在机体（1）的两侧，调向凸轮（7）的回转轴线与固定轴（3）的轴线重合；所述控制电机（13）固定于机体（1）上，所述控制电机（13）的齿轮与调向凸轮（7）上的大齿轮（8）啮合；所述的调向凸轮（7）由上凸轮片（22）、下凸轮片（23）、凸轮架（24）和大齿轮（8）固定安装而成，所述上凸轮片（22）和下凸轮片（23）结构完全相同，安装相位差为180°；所述凸轮架（24）的一侧固定联接上凸轮片（22）和下凸轮片（23），凸轮架（24）的另一侧固定一大齿轮（8），凸轮架（24）的内孔轴线与上凸轮片（22）、下凸轮片（23）和大齿轮（8）的轴线完全重合；所述的销齿轮（6）由两个外滚轮（17），两个内滚轮（18）和销齿盘（19）组成，两个外滚轮（17）位于销齿盘（19）的一侧，并对称于销齿盘回转轴线，两个内滚轮（18）位于销齿盘的另一侧，四个滚轮轴线均布在同一圆周上。

2.根据权利要求1所述的一种类扑翼飞行器，其特征在于所述的回转架（4）由左转臂（14）、空心轴（20）和右转臂（21）固定联接而成，所述左转臂（14）和右转臂（21）位于同一平面内，左转臂（14）和右转臂（21）对称并垂直于空心轴（20），左转臂（14）和右转臂（21）两端的轴承孔中心距相等。