CN106494618B - 羽式扑翼机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种羽式扑翼机，包括机身以及从左右两侧连接到机身的扑翼装置，扑翼装置包括：一对扑翼主轴，这一对扑翼主轴以枢转的方式连接到机身的左右两侧并且能够相对于机身进行上下扑动；连动机构，该连动机构能够带动扑翼主轴进行上下扑动，并且连动机构的一端活动连接到扑翼主轴，而连动机构的另一端连接到机身；以及扑翼，该扑翼的前端连接到扑翼主轴因此能够随着扑翼主轴进行上下扑动，扑翼的尾端连接到机身，其中，扑翼主轴由多个活动连接的节段组成。根据本发明，能够有效地降低扑翼机对材料的要求；提高扑翼飞行的效率；以及操作的简便化。

Description

羽式扑翼机

技术领域

本发明涉及一种仿生鸟类扑翼飞行的飞行器，并且具体地涉及一种羽式扑翼机。

背景技术

随着现代材料、动力、加工技术，特别是微机电技术(MEMS)的进步，已经能够制造出接近实用的扑翼飞行器。而扑翼飞行具有小巧、灵活以及极高的飞行效率，并且可实现垂直起落、悬停、前飞、后飞、俯冲、急转等特技，基于仿生学原理的扑翼机和常规飞机相比，仅用一套扑翼***就既可代替螺旋桨或者喷气式发动机提供推力。

但是现在的扑翼机虽然已经能够实现较好的飞行与控制，但距实用仍有一定差距，因此仍无法广泛应用，而只能用在一些有特殊要求的任务中，例如城市反恐中的狭小空间侦查。

并且，现在的扑翼机的扑翼的结构设计都是一个整体，因此，需要解决的主要问题是气动效率低、动力及机构要求高、材料要求高以及有效载荷小。

发明内容

本发明的目的是提供一种羽式扑翼机，其能够克服上述现有技术的某种或某些问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种羽式扑翼机，包括机身以及从左右两侧连接到机身的扑翼装置，扑翼装置包括：

一对扑翼主轴，这一对扑翼主轴以枢转的方式连接到机身的左右两侧并且能够相对于机身进行上下扑动；

连动机构，该连动机构能够带动扑翼主轴进行上下扑动，并且连动机构的一端活动连接到扑翼主轴，而连动机构的另一端连接到机身；以及

扑翼，该扑翼的前端连接到扑翼主轴因此能够随着扑翼主轴进行上下扑动，扑翼的尾端连接到机身，

其中，扑翼主轴由多个活动连接的节段组成。

根据本发明，能够有效地降低扑翼机对材料的要求；提高扑翼飞行的效率；以及操作的简便化。

根据一个具体实施例，连动机构为相对地设置机身的左右两侧的曲柄连杆机构，该曲柄连杆机构包括曲柄连杆和齿轮，曲柄连杆的一端与扑翼主轴活动连接，曲柄连杆的另一端活动连接到齿轮，所述齿轮连接到机身并且能够相对于机身进行旋转。根据该实施例，能够使结构和连接简化且容易操作，并且能够减少部件的数量。

在一个具体实施例中，连动机构安装有锁定装置，能够将扑动主轴进行任意姿态的锁定。根据该实施例，能够方便对扑动主轴的角度进行控制。

在一具体实施例中，扑翼包括多个活动连接的支撑框架和分别位于各个支撑框架内的多个机翼片。通过将扑翼设置成多个能单独活动的多个部分，能够使扑翼变得与鸟类的翅膀一样具有柔韧性，灵活性。

根据一个具体实施例，扑翼的多个机翼片均能够相对于各自的支撑框架以预定角度进行上下转动。根据该实施例，能够进一步提高扑翼的操作灵活性和操作效率，可活动的机翼片由于受力面积小而转动角度大，从而可以提升扑翼的升力使飞行效率更高。

在一个具体实施例中，扑翼的尾端通过滑动***连接到机身，滑动***能够控制扑翼尾端的高低从而控制扑翼扑动的角度。具体地，滑动***包括对称设置在机身左右两侧的滑轨和分别能够在滑轨中进行滑动的滑块。通过该实施例，可以通过简单的结构来完成扑翼机在空中的高效率的可靠控制。

在另一具体实施例中，滑轨固定连接到机身并且沿上下方向相对于机身以预定的弯度设置，滑块活动连接在扑翼的尾部。另外，由舵机来控制滑块在滑轨中的运动。通过这样的设置，能够使滑轨沿轨道进行可靠的滑动从而完成飞行动作的控制。

优选地，滑轨朝向机身的左右两侧设置，当然，本领域技术人员应清楚的是，滑轨也可以朝向机身的前方设置。

优选地，滑轨的预定弯度所呈的角度为-30度到60度。通过这们设置滑轨的弯度，能够使得扑翼摆动灵活性高，进行进行高难度飞行。

除非明显抵触，本发明的不同实施例所涉及的特征可以相互组合。

附图说明

图1为本发明的羽式扑翼机的结构示意图。

图2为本发明的羽式扑翼机的扑动原理示意图。

图3为本发明的羽式扑翼机的扑翼连接示意图。

图4为本发明的羽式扑翼机的滑动***示意图。

附图中：1机身板、2齿轮、3曲柄摇杆机构、4转动副、5转动副机构、6滑轨、7扑翼主轴、8扑翼片框架、9扑翼片、10转动副、11尾翼、12轴、13尾翼方向舵、14转动副、15滑块机构。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的羽式扑翼机。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。

如图1所示，羽式扑翼机包括机身1以及连接到机身1的左右两侧的扑翼装置，扑翼装置通过转动副4和转动副机构5连接到机身1，因此能够围绕机身1进行上下扑动。

具体地，扑翼装置包括一对扑翼主轴7，这一对扑翼主轴7通过转动副4和转动副机构5在机身1的前部连接到机身1的左右两侧，因此能够相对于机身1进行上下扑动。

扑翼装置还包括连动机构，该连动机构能够带动扑翼主轴7进行上下扑动。

具体地，如图1和2所示，所述连动机构为曲柄连杆机构，该曲柄连杆机构包括曲柄连杆3和齿轮2。曲柄连杆3的一端与扑翼主轴7活动连接，曲柄连杆3的另一端活动连接到齿轮2。齿轮2连接到机身1并且能够由电机(图中未示出)带动而相对于机身1进行旋转。

扑翼装置还包括扑翼，该扑翼的前端连接到扑翼主轴7因此能够随着扑翼主轴7进行上下扑动，扑翼的尾端连接到机身。

如图3所示，扑翼包括多排活动连接的支撑框架8和分别位于各个支撑框架8内的多个机翼片9，因此，支撑框架8能够分别进行转动，多个机翼片9能够相对于各自的支撑框架8以预定角度进行上下转动，该结构类似于鸟类翅膀上覆盖的羽毛的结构，从而减小了受力面积并进一步降低对扑翼材料的要求。

进一步地，如图1所示，位于最前一排的扑翼的支撑框架8的边缘能够同时作为扑翼主轴7。

虽然在图中未示出，但位于最前一排的扑翼的支撑框架8能够与扑翼主轴7相连接，因此扑翼主轴7也由多个活动连接的节段组成。

虽然在图中未示出，但连动机构还安装有锁定装置，该锁定装置能够将扑动主轴7进行任意姿态的锁定，从而使扑翼机能够进行设定状态的飞行。

如图1所示，扑翼的尾端通过滑动***连接到机身，滑动***能够控制扑翼尾端的高低从而控制扑翼扑动的角度。

具体地如图1和图4所示，所述滑动***包括对称地设置在机身左右两侧的滑轨6和分别能够在滑轨6中进行滑动的滑块15。滑轨6位于机身1的尾部上并且沿机身的上下方向相对于机身以预定弯度延伸。滑块15连接到扑翼的尾端靠近机身一侧，因此能够控制扑翼的角度，以进行各种动作的飞行。

虽然在图中未示出，但是滑块15在滑轨6中的运动由舵机来控制。

现在说明根据本发明的扑翼机的动作原理。

如前所述，本发明的扑翼机根据鸟类的翅膀进行的设计，鸟类的翅膀可以围绕身体作一定角度的摆动，向下摆动时翅膀展开，向上摆动时翅膀折叠成到V形。由于翅膀上下摆动时受力面积不同，从而导致翅膀上下摆动时的受力大小不同，向下摆动时空气对翅膀的反作用力(F1，并且竖直向上)大于向上摆时空气对翅膀的反作用力，当F1>G时，产生向上的升力。

对于本发明，通过设计这些可以活动的机翼片9能够使扑翼机的扑翼上摆时机翼片9向下转动，使扑翼的面积减少，从而减少空气对机翼的阻力，下摆时机翼片又恢复原状，这样扑翼在向下摆动时空气对扑翼的反作用力F1变得更大，此设计在扑翼原来的基础上提高了飞行效率，可以用更小的力做更大的功。

由于整个扑翼由多片机翼片9相连，并且扑翼主轴7通过曲柄连杆3与齿轮2相连，齿轮2与机身1相连，并通过电机(图中未示出)带动齿轮2转动从而将动力由曲柄连杆3传递给扑动主轴7使其上下扑动，再由扑动主轴7的扑动带动整个扑翼的上下扑动从而完成扑翼的扑翼运动。

由于扑翼的尾端连接着机身1并且安装有滑动***，因此能够利用滑动***来控制扑翼尾端的高低以控制扑翼扑动的角度。在滑动***中，滑块15在滑轨6中向下滑动从而改变扑翼扑动的角度向前扇动，使扑翼产生的力改变方向，使扑翼机达到空中急停，短距垂直起降等超机动性能的完成；相反地，滑块15在滑轨6中向上滑动改变扑翼扑动角度向后扇动，使扑翼机加速飞行。(滑动***示意图如图4所示)

另外，通过控制左右滑块15在滑轨6中反向滑动从而使左右扑翼进行不对称的摆动，以完成扑翼机的转向。本发明扑翼的横截面是采用飞机的机翼形状，这样可以使扑翼机可以进行长距离滑翔。曲柄连杆机构设置有锁定装置(图中未示出)，使扑动主翼能在任意姿态下锁定以进行不同状态的飞行。

而且，尾部的副翼和V形全动尾翼可调整飞行器的俯仰姿态。

以下说明本发明所述的羽式扑翼机的工作过程。

(1)由未示出的电机带动齿轮2，齿轮2带动曲柄连杆3，曲柄连杆3拉动扑翼主轴7使扑翼进行上下扑动，从而扑翼产生升力与推力使扑翼机升空前进。

(2)在飞行过程中，通过未示出的舵机来控制滑块15在滑轨6中滑动，造成左右两片扑翼的不对称扑动从而使扑翼机在空中实现转向。

(3)在空中，可以通过舵机控制滑块15在滑轨6中同时滑动，使扑翼扇动角度改变，从而使扑翼机完成垂直起落、悬停、前飞、后飞。

(4)由于尾翼11通过转动副10连接到机身上的轴12，并且尾翼方向舵13通过转动副14连接到尾翼并且控制尾翼11的上下摆动，从而使扑翼机进行上升，俯冲飞行动作。

本发明所述的新型羽式扑翼机的有益效果：整体结构简单，操作方便，体积小，通过控制扑翼角度使扑翼机完成各种飞行状态，扑翼效率更高，噪音小。

由于将整片的扑翼分解成多个小机翼片，使扑翼变得与鸟类的翅膀一样具有柔韧性，灵活性。

扑翼角度的控制***可以帮助扑翼机完成多项超机动性能

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种羽式扑翼机，包括机身以及从左右两侧连接到机身的扑翼装置，扑翼装置包括：

一对扑翼主轴，这一对扑翼主轴以枢转的方式连接到机身的左右两侧并且能够相对于机身进行上下扑动；

连动机构，该连动机构能够带动扑翼主轴进行上下扑动，并且连动机构的一端活动连接到扑翼主轴，而连动机构的另一端连接到机身；以及

扑翼，该扑翼的前端连接到扑翼主轴因此能够随着扑翼主轴进行上下扑动，扑翼的尾端连接到机身，

其中，扑翼主轴由多个活动连接的节段组成；

其中，扑翼包括多个活动连接的支撑框架和分别位于各个支撑框架内的多个机翼片。

2.根据权利要求1所述的羽式扑翼机，其中，连动机构为相对地设置机身的左右两侧的曲柄连杆机构，该曲柄连杆机构包括曲柄连杆和齿轮，曲柄连杆的一端与扑翼主轴活动连接，曲柄连杆的另一端活动连接到齿轮，所述齿轮连接到机身并且能够相对于机身进行旋转。

3.根据权利要求1所述的羽式扑翼机，其中，连动机构安装有锁定装置，能够将扑动主轴进行任意姿态的锁定。

4.根据权利要求1所述的羽式扑翼机，其中，扑翼的多个机翼片均能够相对于各自的支撑框架以预定角度进行上下转动。

5.根据权利要求1所述的羽式扑翼机，其中，扑翼的尾端通过滑动***连接到机身，滑动***能够控制扑翼尾端的高低从而控制扑翼扑动的角度。

6.根据权利要求5所述的羽式扑翼机，其中，滑动***包括对称设置在机身左右两侧的滑轨和分别能够在滑轨中进行滑动的滑块。

7.根据权利要求6所述的羽式扑翼机，其中，滑轨固定连接到机身并且沿上下方向相对于机身以预定的弯度设置，滑块活动连接在扑翼的尾部。

8.根据权利要求6所述的羽式扑翼机，其中，由舵机来控制滑块在滑轨中的运动。