CN112319802A - 一种扑动飞行装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，具体指一种扑动飞行装置；包括扑动翼和驱动装置，所述扑动翼包括两个翼翅和转动轴承，两个翼翅相对地设置在转动轴承的两侧，且两个翼翅的翅根分别铰接在转动轴承上；所述驱动装置连接转动轴承从而与扑动翼转动连接，且驱动装置分别与两个翼翅传动连接；本发明结构合理，驱动装置通过上下往复运动驱动扑动翼，扑动翼在上升时扰流翼面与上方空气相互作用，空气对扰流翼面前侧曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差方向一定从而促使扑动翼单向旋转；扑动翼在下降时扇动翼面与下方空气相互作用，扑动翼的旋转使扇动翼面的下行产生矢量攻角，且该矢量攻角使扇动翼面与空气之间产生竖直向上的作用力。

Description

一种扑动飞行装置

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体指一种扑动飞行装置。

背景技术

飞行器的升力装置是一种基于空气动力学的机构，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

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、可通过翼翅扑动带动扑动翼旋转，输出效率高，可直升悬停的扑动飞行装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种扑动飞行装置,包括扑动翼和驱动装置，所述扑动翼包括两个翼翅和转动轴承，两个翼翅相对地设置在转动轴承的两侧，且两个翼翅的翅根分别铰接在转动轴承上；所述驱动装置连接转动轴承从而与扑动翼转动连接，且驱动装置分别与两个翼翅传动连接。

根据以上方案，所述翼翅的上侧平面为扰流翼面，翼翅的下侧平面为扇动翼面；所述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扑动翼的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面和扇动翼面在纵向的投影平面呈非对称结构。

根据以上方案，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；所述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。

根据以上方案，所述扇动翼面与扑动翼的旋转平面之间存在安装角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

根据以上方案，所述驱动装置包括主轴、滑动套筒和动力装置，转动轴承与主轴固定连接从而使扑动翼可在主轴上转动；所述滑动套筒与主轴同心设置，滑动套筒与主轴之间设有滑动轴承；所述滑动套筒上可转动地设有牵引支架，牵引支架通过两个连杆分别连接对应的翼翅，动力装置与滑动套筒传动连接从而驱动其上下往复运动。

根据以上方案，所述驱动装置上设有上下配对的两组扑动翼，两组扑动翼均通过转动轴承连接在主轴上；所述主轴上设有两个可分别沿其上下活动的滑动套筒，滑动套筒上的牵引支架分别通过连杆连接对应的翼翅；所述动力装置通过异步机构分别与对应的滑动套筒传动连接。

本发明有益效果为：本发明结构合理，驱动装置通过上下往复运动驱动扑动翼，扑动翼在上升时扰流翼面与上方空气相互作用，空气对扰流翼面前侧曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差方向一定从而促使扑动翼单向旋转；扑动翼在下降时扇动翼面与下方空气相互作用，扑动翼的旋转使扇动翼面的下行产生矢量攻角，且该矢量攻角使扇动翼面与空气之间产生竖直向上的作用力；扑动翼将驱动装置的上下往复运动转化为自身的旋转运动，进而通过旋转运动产生升力使飞行装置获得升力实现飞行目的。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的扑动翼另一种安装结构示意图；

图3是本发明的翼翅截面结构示意图。

图中：

1、扑动翼；2、驱动装置；10、翼翅；11、扰流翼面；12、扇动翼面；13、前翅缘；14、后翼尾；21、转动轴承；22、主轴；23、滑动套筒；24、滑动轴承；25、牵引支架；26、连杆。

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1-3所示，本发明所述的一种扑动飞行装置,包括扑动翼1和驱动装置2，所述扑动翼1包括两个翼翅10和转动轴承21，两个翼翅10相对地设置在转动轴承21的两侧，且两个翼翅10的翅根分别铰接在转动轴承21上；所述驱动装置2连接转动轴承21从而与扑动翼1转动连接，且驱动装置2分别与两个翼翅10传动连接。所述翼翅10的上侧平面为扰流翼面11，翼翅10的下侧平面为扇动翼面12；所述扰流翼面11由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面11的前部曲面相对于扑动翼1的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面11和扇动翼面12在纵向的投影平面呈非对称结构。所述驱动装置2驱动扑动翼1的两个翼翅10以转动轴承21为中心转动，两个翼翅10相对地沿S1方向同步运动从而模拟鸟类的振翅动作。翼翅10向上转动时，所述翼翅10的扰流翼面11与上方空气相互作用，空气对扰流翼面11前侧曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差推动翼翅10向前运动，两个翼翅10同向作用从而使扑动翼1以转动轴承21为中心单向旋转；所述扑动翼1在下降时，翼翅10的扇动翼面12与下方空气相互作用，扑动翼1的旋转运动结合下行运动使扇动翼面12形成矢量攻角，且该矢量攻角使扇动翼面12与空气之间产生竖直向上的作用力；扑动翼1将驱动装置2的上下往复运动转化为自身的旋转运动，进而通过旋转运动产生升力使飞行装置获得升力实现飞行目的。

所述扰流翼面11与扇动翼面12的前侧缘相互闭合构成前翅缘13，扰流翼面11与扇动翼面12的后侧缘相互闭合构成后翼尾14；所述扰流翼面11前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘13。所述前翅缘13为曲面从而分别接续扰流翼面11与扇动翼面12的前侧缘，前翅缘13的存在可以提高翼型扑动翼1的结构强度，且前翅缘13处于扑动翼1旋转方向的前侧，曲面前翅缘13可以降低扑动翼1旋转时所受到空气阻力，提高驱动装置2的动力转化效率。如图3所示，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。所述扰流翼面11沿X方向截面的轮廓线相对于扑动翼1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11的前部曲面上且靠近前翅缘13，从而使扰流翼面11呈前后非对称结构。扑动翼1的翼翅10在向上振动时，所述扰流翼面11与上方空气相互作用，空气对扰流翼面11的翼展经线H前后两侧之间产生压力差，且该压力差推动翼翅10向前运动，两个翼翅10同向作用从而使扑动翼1以转动轴承21为中心单向旋转。

所述扇动翼面12与扑动翼1的旋转平面之间存在安装角C，C的取值范围在-2°～6°之间。所述在扑动翼1启动后上下往复运动，扰流翼面11向上运动，空气流动经过扰流翼面11在翼展经线H前后两侧产生压强差，该压强差对翼翅10构成一个向前推动力使扑动翼1转动，此时，前翅缘13相对空气产生差速从而对扑动翼1构成阻力，推进力克服阻力则驱动扑动翼1旋转；所述扇动翼面12向下运动，在扑动翼1转速很低时，安装角C使空气相对于扇动翼面12作用力基本垂直于扑动翼1的旋转平面，则下层空气对翼翅10向前旋转运动造成阻力很小，由此扑动翼1可以在上下往复运动一段时间后获得较高的转速。当扑动翼1转速较高时，扇动翼面12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扑动翼1旋转平面的矢量角大于安装角C，即扑动翼1的旋转速度越快扇动翼面12产生的升力更大，通过控制扑动翼1的上下振动频率可以提高扑动翼1的转速进而改变扑动翼1产生的升力。

所述驱动装置2包括主轴22、滑动套筒23和动力装置，转动轴承21与主轴22固定连接从而使扑动翼1可在主轴22上转动；所述滑动套筒23与主轴22同心设置，滑动套筒23与主轴22之间设有滑动轴承24；所述滑动套筒23上可转动地设有牵引支架25，牵引支架25通过两个连杆26分别连接对应的翼翅10，动力装置与滑动套筒23传动连接从而驱动其沿S2方向上下往复运动。所述主轴22用于将飞行装置整体安装到飞行器上，驱动装置2驱动滑动套筒23沿主轴22上下往复运动，滑动套筒23上的牵引支架25通过连杆26带动翼翅10，从而使翼翅10以转动轴承21为中心上下往复振动，翼翅10产生的旋转力使扑动翼1通过转动轴承21在主轴22上转动，进而结合翼翅10的向下振翅动作产生升力实现飞行的目的。

如图1-2所示，所述驱动装置2上设有上下配对的两组扑动翼1，两组扑动翼1均通过转动轴承21连接在主轴22上，每组扑动翼1可分别通过一个转动轴承21安装在主轴2上，且两组扑动翼1可同时安装在同一个转动轴承21上；所述主轴22上设有两个可分别沿其上下活动的滑动套筒23，滑动套筒23上的牵引支架25分别通过连杆26连接对应的翼翅10；所述动力装置通过异步机构分别与对应的滑动套筒23传动连接。所述驱动装置2通过异步机构驱动两组扑动翼1分时动作，即一组扑动翼1向上振翅时另一组扑动翼1向下振翅，进而保证驱动装置2的动力输出稳定性。尤其在于，两组上下配对设置的扑动翼1由于相对地构成张合运动，可以很好的抵消振动和弥补升力输出间隙，提高飞行稳定性。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种扑动飞行装置,包括扑动翼(1)和驱动装置(2)，其特征在于：所述扑动翼(1)包括两个翼翅(10)和转动轴承(21)，两个翼翅(10)相对地设置在转动轴承(21)的两侧，且两个翼翅(10)的翅根分别铰接在转动轴承(21)上；所述驱动装置(2)连接转动轴承(21)从而与扑动翼(1)转动连接，且驱动装置(2)分别与两个翼翅(10)传动连接。

2.根据权利要求1所述的扑动飞行装置，其特征在于：所述翼翅(10)的上侧平面为扰流翼面(11)，翼翅(10)的下侧平面为扇动翼面(12)；所述扰流翼面(11)由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面(11)的前部曲面相对于扑动翼(1)的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面(11)和扇动翼面(12)在纵向的投影平面呈非对称结构。

3.根据权利要求2所述的扑动飞行装置，其特征在于：所述扰流翼面(11)与扇动翼面(12)的前侧缘相互闭合构成前翅缘(13)，扰流翼面(11)与扇动翼面(12)的后侧缘相互闭合构成后翼尾(14)；所述扰流翼面(11)前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘(13)。

4.根据权利要求1所述的扑动飞行装置，其特征在于：所述扇动翼面(12)与扑动翼(1)的旋转平面之间存在安装角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

5.根据权利要求1所述的扑动飞行装置，其特征在于：所述驱动装置(2)包括主轴(22)、滑动套筒(23)和动力装置，转动轴承(21)与主轴(22)固定连接从而使扑动翼(1)可在主轴(22)上转动；所述滑动套筒(23)与主轴(22)同心设置，滑动套筒(23)与主轴(22)之间设有滑动轴承(24)；所述滑动套筒(23)上可转动地设有牵引支架(25)，牵引支架(25)通过两个连杆(26)分别连接对应的翼翅(10)，动力装置与滑动套筒(23)传动连接从而驱动其上下往复运动。

6.根据权利要求5所述的扑动飞行装置，其特征在于：所述驱动装置(2)上设有上下配对的两组扑动翼(1)，两组扑动翼(1)均通过转动轴承(21)连接在主轴(22)上；所述主轴(22)上设有两个可分别沿其上下活动的滑动套筒(23)，滑动套筒(23)上的牵引支架(25)分别通过连杆(26)连接对应的翼翅(10)；所述动力装置通过异步机构分别与对应的滑动套筒(23)传动连接。

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