CN112298551A - 一种三层旋翼人力驱动的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种三层旋翼人力驱动的飞行器，包括支撑架，支撑架上固定有肩叉结构，肩叉结构上固定有承载主梁，承载主梁上设有飞行装置，肩叉结构两侧分别设有脚踏驱动结构一与脚踏驱动结构二，飞行装置包括第一飞行单元、第二飞行单元与第三飞行单元，第一飞行单元包括套筒、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的旋翼二，转动轴承二固定于套筒，套筒固定于承载主梁，第二飞行单元设于第一飞行单元上方，第二飞行单元包括传动杆一、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一两侧的旋翼一，转动轴承一固定于传动杆一上端，传动杆一下端穿过套筒，并与脚踏驱动结构一连接，脚踏驱动结构一驱动传动杆一在套筒内垂直上下动作。

Description

一种三层旋翼人力驱动的飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种三层旋翼人力驱动的飞行器。

背景技术

飞行器的升力装置是一种基于空气动力学的装置，根据结构可以分为固定翼和旋翼，固定翼飞行器一般具有机身以及对称设置的固定翼，由推进器提供动力以获得较大的飞行速度和机动性。其飞行原理在于固定翼与空气之间存相对的速度，空气与固定翼的各面相互作用产生升力从而使飞机获得飞行能力。固定翼飞行器的缺陷在于不能在空中悬停，需要在跑道上滑行起飞或降落以及机场设施建设的支持。旋翼飞行器如直升机，特点在于起飞时无需跑道，可以在空中悬停，其动力***包括发动机和旋翼，发动机驱动旋翼旋转产生向下的作用力，该作用力即升力克服地球引力使飞机离地飞行。其缺陷在于巡航速度较低，载重量不高，效率较低，但对地面设施的依赖度很少。

自转旋翼机是结合了固定翼和旋翼两种方式的飞行器，其主要结构包括了旋翼、轮式起落架和推进器，推进器驱动自转旋翼机在跑道上滑行，滑行过程中空气与旋翼叶片相互作用，空气可以推动旋翼叶片旋转，而旋翼叶片旋转则相对滑行方向产生作用力，当旋翼叶片的转速足够高时，该作用力使飞机升空从而实现飞行。其优点是对起飞跑道要求较低但仍旧需要滑行距离，而且不能在空中悬停应用范围有限。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种三层旋翼人力驱动的飞行器，有效解决现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：

一种三层旋翼人力驱动的飞行器，包括支撑架，支撑架上固定有肩叉结构，肩叉结构上固定有承载主梁，承载主梁上设有飞行装置，肩叉结构两侧分别设有脚踏驱动结构一与脚踏驱动结构二，飞行装置包括第一飞行单元、第二飞行单元与第三飞行单元，第一飞行单元包括套筒、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的旋翼二，转动轴承二固定于套筒，套筒固定于承载主梁，第二飞行单元设于第一飞行单元上方，第二飞行单元包括传动杆一、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一两侧的旋翼一，转动轴承一固定于传动杆一上端，传动杆一下端穿过套筒，并与脚踏驱动结构一连接，脚踏驱动结构一驱动传动杆一在套筒内垂直上下动作，第三飞行单元设于第一飞行单元下方，第三飞行单元包括转动轴承三以及对称固定于转动轴承三两侧的旋翼三，转动轴承三可上下活动地套于套筒上，转动轴承三通过传动杆二与脚踏驱动结构二连接，脚踏驱动结构二驱动转动轴承三在套筒外垂直上下动作。

根据上述方案，所述旋翼一、旋翼二与旋翼三的结构相同，其上侧平面为扰流翼面，下侧平面为扇动翼面；扰流翼面由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面和扇动翼面在纵向的投影平面呈非对称结构。

根据上述方案，所述扰流翼面与扇动翼面的前侧缘相互闭合构成前翅缘，扰流翼面与扇动翼面的后侧缘相互闭合构成后翼尾；扰流翼面前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘。

根据上述方案，所述扇动翼面与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

根据上述方案，所述传动杆一与传动杆二分别通过曲柄结构以及传动结构连接于脚踏驱动结构一与脚踏驱动结构二。

根据上述方案，所述肩叉结构上设有扶手结构与尾翼结构，尾翼结构包括驱动电机与尾翼，驱动电机驱动尾翼旋转。

根据上述方案，所述旋翼一、旋翼二与旋翼三上分别设有挥舞结构。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，脚踏驱动结构一驱动传动杆一在套筒内垂直上下动作，可带动转动轴承一以及旋翼一垂直上下动作，使旋翼一绕转动轴承一作周向旋转动作，脚踏驱动结构二驱动传动杆二带动转动轴承三在套筒外垂直上下动作，使旋翼三绕转动轴承三作周向旋转动作，脚踏驱动结构一与脚踏驱动结构二交叉动作时，使第二飞行单元与第三飞行单元相对第一飞行单元作张合动作，在气流带动下，使旋翼一绕转动轴承一作周向旋转动作，当速度达到一定时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，其结构简单且紧凑，成本低。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明旋翼截面图；

图3是本发明曲柄结构示意图。

图中：1.支撑架；2.脚踏驱动结构一；3.脚踏驱动结构二；4.传动结构；5.曲柄结构；50.曲柄转轮；51.固定杆；6.肩叉结构；7.扶手结构；8.尾翼结构；9.旋翼一；10.旋翼二；11.旋翼三；12.转动轴承一；13.转动轴承二；14.转动轴承三；15.传动杆；16.套筒；17.挥舞结构；18.承载主梁；19.传动杆二；20.扰流翼面；21.扇动翼面；22.前翅缘；23.后翼尾；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1至图3所示，本发明所述一种三层旋翼人力驱动的飞行器，包括支撑架1，支撑架1上固定有肩叉结构6，肩叉结构6上固定有承载主梁18，承载主梁18上设有飞行装置，肩叉结构6两侧分别设有脚踏驱动结构一2与脚踏驱动结构二3，飞行装置包括第一飞行单元、第二飞行单元与第三飞行单元，第一飞行单元包括套筒16、转动轴承二13以及对称固定于转动轴承二13两侧的旋翼二10，转动轴承二13固定于套筒16，套筒16固定于承载主梁18，第二飞行单元设于第一飞行单元上方，第二飞行单元包括传动杆一15、转动轴承一12以及对称固定于转动轴承一12两侧的旋翼一9，转动轴承一12固定于传动杆一15上端，传动杆一15下端穿过套筒16，并与脚踏驱动结构一2连接，脚踏驱动结构一2驱动传动杆一15在套筒16内垂直上下动作，第三飞行单元设于第一飞行单元下方，第三飞行单元包括转动轴承三14以及对称固定于转动轴承三14两侧的旋翼三11，转动轴承三14可上下活动地套于套筒16上，转动轴承三14通过传动杆二19与脚踏驱动结构二3连接，脚踏驱动结构二3驱动转动轴承三14在套筒16外垂直上下动作。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，脚踏驱动结构一2驱动传动杆一15在套筒16内垂直上下动作，可带动转动轴承一12以及旋翼一9垂直上下动作，使旋翼一9绕转动轴承一12作周向旋转动作，脚踏驱动结构二3驱动传动杆二19带动转动轴承三14在套筒16外垂直上下动作，使旋翼三11绕转动轴承三14作周向旋转动作，脚踏驱动结构一2与脚踏驱动结构二3交叉动作时，使第二飞行单元与第三飞行单元相对第一飞行单元作张合动作，在气流带动下，使旋翼一10绕转动轴承一13作周向旋转动作，当速度达到一定时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，其结构简单且紧凑，成本低。

需要说明的是，当第二飞行单元或第三飞行单元在失灵的情况下，通过第一飞行单元可起到补偿的作用，使飞行器正常飞行，进而提高了飞行器的安全性。

在本实施例中，所述旋翼一9、旋翼二10与旋翼三11的结构相同，其上侧平面为扰流翼面20，下侧平面为扇动翼面21；扰流翼面20由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面20的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面20和扇动翼面21在纵向的投影平面呈非对称结构。采用这样的结构设置，以第二飞行单元为例进行说明，脚踏驱动结构一2驱动传动杆一15在套筒16内垂直上下动作，当旋翼一9在上升时，其扰流翼面20与上方空气相互作用，空气对扰流翼面20前部曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差推动旋翼一9向前运动，使旋翼一9以转动轴承一12为中心单向旋转；当旋翼一9在下降时，其扇动翼面21与下方空气相互作用，旋翼一9的旋转运动结合下行运动使扇动翼面21形成矢量攻角C，且该矢量攻角C使扇动翼面21与空气之间产生竖直向上的作用力；旋翼一9将脚踏驱动结构一2的上下往复运动转化为自身的旋转运动，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，产生升力使飞行装置获得升力实现飞行目的。

在本实施例中，所述扰流翼面20与扇动翼面21的前侧缘相互闭合构成前翅缘22，扰流翼面20与扇动翼面21的后侧缘相互闭合构成后翼尾23；扰流翼面20前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘22。采用这样的结构设置，前翅缘22为曲面从而分别接续扰流翼面20与扇动翼面21的前侧缘，前翅缘22的存在可以提高翼型旋翼的结构强度，且前翅缘22处于旋翼旋转方向的前侧，曲面前翅缘22可以降低旋翼旋转时所受到空气阻力，提高驱动装置的动力转化效率。图示中X方向为翼型结构的弦长方向，图示中Z方向为翼型结构的展长方向。扰流翼面20沿X方向截面的轮廓线相对于旋翼的旋转平面呈曲线形，其轮廓线的最高点沿Z方向构成翼展经线H，该翼展经线H处于扰流翼面20的前部曲面上且靠近前翅缘22，从而使扰流翼面20呈前后非对称结构。旋翼在上升时，扰流翼面20与上方空气相互作用，空气对扰流翼面20的翼展经线H前后两侧之间产生压力差，且该压力差推动旋翼向前运动，以转动轴承为中心单向旋转。

在本实施例中，所述扇动翼面21与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。旋翼在转动轴承上具有一个攻角C，攻角C以扇动翼面21相对于旋翼的旋转平面进行计算。在旋翼启动后上下往复运动，扰流翼面20向上运动，空气流动经过扰流翼面20在翼展经线H前后两侧产生压强差，该压强差对旋翼构成一个向前推动力使旋翼转动，此时，前翅缘22相对空气产生差速从而对旋翼构成阻力，推进力克服阻力则驱动旋翼旋转；所述扇动翼面21向下运动，在旋翼转速很低时，攻角C使空气相对于扇动翼面21作用力基本垂直于旋翼的旋转平面，则下层空气对旋翼向前旋转运动造成阻力很小，由此旋翼可以在上下往复运动一段时间后获得较高的转速。当旋翼转速较高时，扇动翼面21既存在向下运动还存在向前运动，二者叠加形成的矢量运动相对于旋翼旋转平面的矢量角大于攻角C，即旋翼的旋转速度越快扇动翼面21产生的升力更大，通过控制旋翼的上下运动频率可以提高旋翼的转速进而改变旋翼产生的升力。

在本实施例中，所述传动杆一15与传动杆二19分别通过曲柄结构5以及传动结构4连接于脚踏驱动结构一2与脚踏驱动结构二3。

实际应用中，曲柄结构5包括曲柄转轮50与固定杆51，脚踏驱动结构一2或脚踏驱动结构二3通过传动结构4驱动曲柄转轮50转动，曲柄转轮50带动固定杆51动作，固定杆51与传动杆一15或传动杆二19铰接。

在本实施例中，所述肩叉结构6上设有扶手结构7与尾翼结构8，尾翼结构包括驱动电机与尾翼，驱动电机驱动尾翼旋转。采用这样的结构设置，通过扶手结构7便于驾驶员抓紧受力，通过尾翼结构8带动飞行器前行。

在本实施例中，所述旋翼一9、旋翼二10与旋翼三11上分别设有挥舞结构17。采用这样的结构设置，避免飞行器产生颤振，进而保证飞行器的平稳性。

以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三层旋翼人力驱动的飞行器，包括支撑架(1)，其特征在于：

所述支撑架(1)上固定有肩叉结构(6)，所述肩叉结构(6)上固定有承载主梁(18)，所述承载主梁(18)上设有飞行装置，所述肩叉结构(6)两侧分别设有脚踏驱动结构一(2)与脚踏驱动结构二(3)，所述飞行装置包括第一飞行单元、第二飞行单元与第三飞行单元，所述第一飞行单元包括套筒(16)、转动轴承二(13)以及对称固定于转动轴承二(13)两侧的旋翼二(10)，所述转动轴承二(13)固定于套筒(16)，所述套筒(16)固定于承载主梁(18)，所述第二飞行单元设于第一飞行单元上方，所述第二飞行单元包括传动杆一(15)、转动轴承一(12)以及对称固定于转动轴承一(12)两侧的旋翼一(9)，所述转动轴承一(12)固定于传动杆一(15)上端，所述传动杆一(15)下端穿过套筒(16)，并与脚踏驱动结构一(2)连接，所述脚踏驱动结构一(2)驱动传动杆一(15)在套筒(16)内垂直上下动作，所述第三飞行单元设于第一飞行单元下方，所述第三飞行单元包括转动轴承三(14)以及对称固定于转动轴承三(14)两侧的旋翼三(11)，所述转动轴承三(14)可上下活动地套于套筒(16)上，所述转动轴承三(14)通过传动杆二(19)与脚踏驱动结构二(3)连接，所述脚踏驱动结构二(3)驱动转动轴承三(14)在套筒(16)外垂直上下动作。

2.根据权利要求1所述的一种三层旋翼人力驱动的飞行器，其特征在于：所述旋翼一(9)、旋翼二(10)与旋翼三(11)的结构相同，其上侧平面为扰流翼面(20)，下侧平面为扇动翼面(21)；所述扰流翼面(20)由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面(20)的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面(20)和扇动翼面(21)在纵向的投影平面呈非对称结构。

3.根据权利要求2所述的一种三层旋翼人力驱动的飞行器，其特征在于：所述扰流翼面(20)与扇动翼面(21)的前侧缘相互闭合构成前翅缘(22)，扰流翼面(20)与扇动翼面(21)的后侧缘相互闭合构成后翼尾(23)；所述扰流翼面(20)前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘(22)。

4.根据权利要求2所述的一种三层旋翼人力驱动的飞行器，其特征在于：所述扇动翼面(21)与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

5.根据权利要求1所述的一种三层旋翼人力驱动的飞行器，其特征在于：所述传动杆一(15)与传动杆二(19)均通过曲柄结构(5)以及传动结构(4)连接于脚踏驱动结构一(2)与脚踏驱动结构二(3)。

6.根据权利要求1所述的一种三层旋翼人力驱动的飞行器，其特征在于：所述肩叉结构(6)上设有扶手结构(7)与尾翼结构(8)，所述尾翼结构包括驱动电机与尾翼，所述驱动电机驱动尾翼旋转。

7.根据权利要求1所述的一种三层旋翼人力驱动的飞行器，其特征在于：所述旋翼一(9)、旋翼二(10)与旋翼三(11)上分别设有挥舞结构(17)。

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