RU2128132C1

RU2128132C1 - Flying vehicle with flapping wings

Info

Publication number: RU2128132C1
Application number: RU97107435A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Тигунцев
Original assignee: Тигунцев Степан Георгиевич
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1999-03-27

Abstract

FIELD: aeronautical engineering. SUBSTANCE: flying vehicle has flapping wings set in motion by means of power plant. Flapping wings consists of rigid members having aerodynamic section and interconnected by several flexible stressed couplings. Flying vehicle is also provided with mechanism for automatic change of angle of attack of wings in upper and lower flapping phases and mechanism for manual control of range of change of angle of attack. Flying vehicle is additionally provided with fixed wings mounted above and closer to nose portion of vehicle relative to flapping wings. EFFECT: improved take-off, flight and landing characteristics. 4 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к авиатехнике и может быть применено при создании высокоэкономичных летательных аппаратов индивидуального пользования. The present invention relates to aircraft and can be used to create highly economical aircraft for personal use.

Известен аппарат с машущими крыльями (ж. Техника-молодежи, 9, 1987 г., с. 47), в котором реализован летательный принцип птерозавра. В данном аппарате с помощью силовой установки обеспечивают колебания длинных жестких машущих крыльев, а с помощью балансирного устройства в передней части обеспечивают продольную устойчивость. Недостатками этого устройства являются жесткость крыльев, что не позволяет увеличить частоту взмахов, а также отсутствие механизма изменения угла атаки крыла в различных фазах взмаха, что не позволяет крыльям создать необходимую тягу для поступательного движения. A known device with flapping wings (J. Technique-Youth, 9, 1987, p. 47), in which the flying principle of the pterosaur is realized. In this apparatus, with the help of a power plant, they provide oscillations of long rigid flapping wings, and with the help of a balancing device in the front part they provide longitudinal stability. The disadvantages of this device are the stiffness of the wings, which does not allow to increase the frequency of the flaps, as well as the lack of a mechanism for changing the angle of attack of the wing in different phases of the flap, which does not allow the wings to create the necessary traction for translational motion.

Известен также аппарат с машущими крыльями, в котором реализован летательный принцип птицы колибри (ж. Моделист-конструктор, 12, 1986 г., с. 17, ж. Техника-молодежи, 9, 1978 г., с. 58). В данном аппарате два крыла расположены в двух параллельных плоскостях. Несущие плоскости крыльев вращают навстречу друг другу и вблизи плоскости симметрии происходит как-бы взаимозаменяемость крыльев, что обеспечивает изменение угла атаки и обеспечивает тягу. Однако, хотя автор и доказывает, что предлагаемый аппарат является аппаратом с машущими крыльями, тем не менее это вертолет с соосными винтами, у которого в двух параллельных плоскостях имеется по одной лопасти, что лишь создает дополнительные проблемы массо-инерционного характера и не дает преимуществ по сравнению с двумя и более лопастями в плоскости. Also known is a device with flapping wings, which implements the flying principle of a hummingbird bird (J. Model designer, 12, 1986, p. 17, Technique-youth, 9, 1978, p. 58). In this unit, two wings are located in two parallel planes. The bearing planes of the wings rotate towards each other and near the plane of symmetry there is a kind of interchangeability of the wings, which provides a change in the angle of attack and provides traction. However, although the author proves that the proposed device is a device with flapping wings, nevertheless it is a helicopter with coaxial screws, which has two blades in two parallel planes, which only creates additional problems of mass-inertial nature and does not give advantages compared with two or more blades in the plane.

Известен также аппарат, в котором реализован летательный принцип стрекозы (ж. Техника - молодежи, 11, 1993 г., с. 8). В данном аппарате две пары жестких легких крыльев приводятся в движение пилотом или двигателем. В различных фазах взмаха концы крыльев изменяют угол атаки (осуществляется оригинальным механизмом автоматической подкрутки концов крыльев). Недостатком аппарата является жесткость и легкость крыльев, что не позволяет достичь большой частоты взмахов, а также неизменяемый угол атаки всего крыла в разных фазах взмаха, что не позволяет добиться необходимой тяги для самостоятельного взлета. The apparatus is also known in which the flying principle of dragonfly is realized (J. Technique for Youth, 11, 1993, p. 8). In this unit, two pairs of rigid light wings are driven by a pilot or engine. In different phases of the flap, the ends of the wings change the angle of attack (carried out by the original mechanism for automatically twisting the ends of the wings). The disadvantage of this device is the stiffness and lightness of the wings, which does not allow to achieve a high frequency of flaps, as well as the unchanged angle of attack of the entire wing in different phases of the flap, which does not allow to achieve the necessary traction for independent take-off.

Известен также аппарат, в котором реализован летательный принцип птиц-парителей (орлов, коршунов, буревестников) (ж. Техника-молодежи, 1, 1994 г., с. 16). В аппарате два свободнонесущих крыла шарнирно прикреплены к фюзеляжу. Крыло выполнено таким образом, что обеспечивается осевая крутка консолей крыльев в зависимости от характера и степени аэродинамических нагрузок. При взмахе вверх и вниз крыло устанавливается на некоторые углы атаки. Недостатком аппарата является жесткость и легкость крыльев, что не позволяет достичь большой частоты взмахов, а также невозможность регулирования угла атаки всего крыла в фазах взмаха, что не позволяет добиться необходимой тяги для самостоятельного взлета. The apparatus is also known in which the flying principle of the parry birds (eagles, kites, petrels) is implemented (J. Technique-Youth, 1, 1994, p. 16). In the apparatus, two free-carrying wings are pivotally attached to the fuselage. The wing is designed in such a way that axial twist of the wing consoles is provided depending on the nature and degree of aerodynamic loads. With a flap up and down, the wing is set to some angle of attack. The disadvantage of the apparatus is the stiffness and lightness of the wings, which does not allow to achieve a high frequency of flaps, as well as the inability to control the angle of attack of the entire wing in the phases of the flap, which does not allow to achieve the necessary traction for independent take-off.

Наиболее близким к изобретению является аппарат (патент США N 4712749, 1987 г., автор Duke Fox), в котором с каждой стороны фюзеляжа расположены по два жестких машущих крыла, жесткие оси которых расположены в качающихся втулках, основание которых жестко закреплено на фюзеляже, а подвижные части, имеющие регулируемые по высоте рычаги, шарнирно присоединены к силовой установке. К концу оси каждого крыла прикреплены рычаги, которые соединены с серводвигателями. В аппарате взмахи крыльев осуществляются путем воздействия силовой установки на качающиеся втулки, а изменение угла атаки в разных фазах взмаха осуществляется путем воздействия серводвигателей на рычаги, закрепленные на концах осей крыльев. Недостатками аппарата являются жесткость крыльев, что не позволяет достичь высокой частоты и энергетичности взмахов, сложность механизма управления углами атаки крыльев, отсутствие прямой связи углов атаки с фазами взмаха. Closest to the invention is an apparatus (US patent N 4712749, 1987, author Duke Fox), in which on each side of the fuselage are two rigid flapping wings, the rigid axis of which are located in the swinging bushings, the base of which is rigidly fixed to the fuselage, and movable parts having height-adjustable levers are pivotally attached to the power plant. To the end of the axis of each wing levers are attached, which are connected to servomotors. In the apparatus, the flapping of the wings is carried out by the impact of the power plant on the swinging bushings, and the change in the angle of attack in different phases of the flap is carried out by the action of the servomotors on the levers attached to the ends of the axles of the wings. The disadvantages of the apparatus are the stiffness of the wings, which does not allow to achieve a high frequency and energy of the flaps, the complexity of the mechanism for controlling the angles of attack of the wings, the absence of a direct relationship between the angles of attack and the phases of the flap.

Техническим результатом изобретения является улучшение взлетных, полетных и посадочных характеристик летательного аппарата и упрощение управления крыльями. The technical result of the invention is to improve the take-off, flight and landing characteristics of the aircraft and simplify the control of the wings.

Технический результат достигается за счет высокой частоты и энергичности взмахов крыльев и управления углами атаки, согласованного с фазами взмахов крыльев. The technical result is achieved due to the high frequency and energy of the flapping and control of the angles of attack, consistent with the phases of the flapping of the wings.

Технический результат достигается тем, что крылья выполнены из жестких элементов аэродинамического сечения, которые соединены гибкими напряженными связями, и установлен механизм автоматического и согласованного с фазами взмаха крыльев регулирования угла атаки крыльев в различных фазах взмаха. The technical result is achieved in that the wings are made of rigid elements of aerodynamic section, which are connected by flexible tension bonds, and a mechanism is installed for automatically and coordinated with the phases of the wing flap to control the angle of attack of the wings in different phases of the flap.

На фиг. 1 показано устройство крыла (1), в котором несколько параллельно расположенных элементов аэродинамического сечения (2) соединены гибкими напряженными связями (3). Элементы в местах прохождения через них связей усилены. В качестве усилителей могут быть использованы титановые трубки, к концам которых приварены фланцы, укрепленные раскосами. К фланцам прикреплены нервюры. Весь элемент обтянут прочной тканью. В первом от корпуса элементе жестко закреплена ось крыла (4) с Т-образной перекладиной (5), которая расположена параллельно плоскости крыла. In FIG. 1 shows the wing device (1), in which several parallel-located aerodynamic section elements (2) are connected by flexible tensile ties (3). Elements in the places where the bonds pass through them are reinforced. As amplifiers, titanium tubes can be used, to the ends of which flanges are welded, reinforced by braces. Ribs are attached to the flanges. The whole element is covered with durable fabric. In the first element from the body, the wing axis (4) is rigidly fixed with a T-shaped rung (5), which is parallel to the wing plane.

На фиг. 2 показано устройство обеспечения взмахов крыла, в котором ось крыла (4) расположена в качающейся втулке (6), основание (7) которой соединено с корпусом (8), а рычаг (17) подвижной части шарнирно соединен со штоком (9) силовой установки (10). In FIG. 2 shows a device for providing wing flaps, in which the wing axis (4) is located in the swing sleeve (6), the base (7) of which is connected to the body (8), and the lever (17) of the movable part is pivotally connected to the rod (9) of the power unit (ten).

На фиг. 3 показано расположение дополнительных немашущих крыльев (15) по отношению к корпусу (8) и машущим крыльям (1). In FIG. Figure 3 shows the location of additional non-flapping wings (15) with respect to the body (8) and flapping wings (1).

На фиг. 4 показан механизм автоматического регулирования угла атаки крыла в различных фазах взмаха, на котором в (а) показано положение Т-образной перекладины оси крыла (5) по отношению к клинообразному выступу (11) в крайней верхней фазе взмаха крыла, а в (б) - в крайней нижней фазе. In FIG. Figure 4 shows the mechanism for automatically adjusting the angle of attack of the wing in different phases of the flap, which (a) shows the position of the T-shaped cross-section of the wing axis (5) with respect to the wedge-shaped protrusion (11) in the extreme upper phase of the wing flap, and in (b) - in the extreme lower phase.

На фиг. 5а показана конструкция клинообразного выступа (11) и принцип действия (фиг. 5б, в) при переводе Т-образной перекладины из одной выемки (12) втулки в другую. In FIG. 5a shows the design of the wedge-shaped protrusion (11) and the principle of operation (Fig. 5b, c) when transferring the T-shaped crossbar from one recess (12) of the sleeve to another.

На фиг. 6 показана конструкция втулки (6), имеющей выемки (12), пружину (13) и регулируемый по высоте рычаг (17). In FIG. 6 shows the design of a sleeve (6) having recesses (12), a spring (13) and a height-adjustable lever (17).

На фиг. 7 показана конструкция шарнирного крепления основания (7) втулки на оси (14), закрепленной на корпусе (8). In FIG. 7 shows the design of the hinge mounting of the base (7) of the sleeve on an axis (14) mounted on the housing (8).

Взмах крыла осуществляют силовой установкой (10), которая через возвратно-поступательное движение штока (9) качает втулку (6) по отношению к основанию втулки (7) и корпусу (8). Ось крыла (4) передает это движение крылу (1). Крыло, состоящее из жестких, однотипных элементов аэродинамического сечения, соединенных двумя или более напряженными гибкими связями (например, натянутыми тросиками), проходящими внутри элементов, обладает продольной гибкостью, что позволяет выполнять взмахи энергично и с большой частотой. Wing of the wing is carried out by the power unit (10), which, through the reciprocating movement of the rod (9), pumps the sleeve (6) with respect to the base of the sleeve (7) and the body (8). The wing axis (4) transfers this movement to the wing (1). A wing, consisting of rigid, of the same type of aerodynamic cross-sectional elements connected by two or more strained flexible connections (for example, tensioned cables) passing inside the elements, has longitudinal flexibility, which allows you to perform a wave vigorously and with high frequency.

Автоматическое регулирование угла атаки в различных фазах взмаха осуществляют изменением положения Т-образной перекладины (5) в момент прохождения крайнего верхнего или нижнего положений крыла. Если крыло идет вверх, то угол атаки положительный, Т-образная перекладина идет вниз. При подходе перекладины к плоскости А-А клиновидного выступа (11) она начинает выдвигаться клином из выемки (фиг. 5б). Как только конец Т-образной перекладины достигнет плоскости (Б-Б), он начинает тормозиться (фиг. 3а), а другой конец продолжает движение до установленного плоскостью Б-Б положения. При движении крыла вниз Т-образная перекладина движется вверх, фиксируется пружиной (13) в выемке (12) втулки (6) и имеет положение, соответствующее отрицательному углу атаки. При осуществлении полного взмаха вниз Т-образная перекладина перемещается к верхнему клинообразному выступу (11), где аналогично тому, как осуществлялось изменение в нижнем положении, изменяют положение Т-образной перекладины (фиг. 3б), а значит и положение крыла. Automatic control of the angle of attack in different phases of the swing is carried out by changing the position of the T-shaped crossbar (5) at the moment of passage of the upper or lower wing positions. If the wing goes up, then the angle of attack is positive, the T-shaped bar goes down. When the crossbar approaches the plane AA of the wedge-shaped protrusion (11), it begins to be advanced by the wedge from the recess (Fig. 5b). As soon as the end of the T-shaped crossbar reaches the plane (BB), it starts to slow down (Fig. 3a), and the other end continues to move to the position set by the BB plane. When the wing moves down, the T-shaped bar moves up, is fixed by a spring (13) in the recess (12) of the sleeve (6) and has a position corresponding to a negative angle of attack. When a full swing is carried down, the T-shaped crossbar moves to the upper wedge-shaped protrusion (11), where, similarly to how the change was made in the lower position, the position of the T-shaped crossbeam is changed (Fig. 3b), and therefore the position of the wing.

Таким образом, осуществляются взмахи крыла вверх-вниз и при этом автоматически регулируется угол атаки крыла, подобно тому, как это осуществляется у "тяжелых" птиц (например, ворона, глухарь, гусь). Thus, the wing flaps up and down, and the angle of attack of the wing is automatically adjusted, similar to how it is done in "heavy" birds (for example, crow, capercaillie, goose).

При наличии только машущих крыльев будет трудно добиться равномерного горизонтального полета, поэтому дополнительно установлена пара немашущих крыльев (15), которые выполнены также гибкими. Размещение их впереди и выше по отношению к машущим позволяет увеличить подъемную силу немашущих крыльев за счет отсоса воздуха из-под них при движении машущих крыльев. If there are only flapping wings, it will be difficult to achieve a uniform horizontal flight, so a pair of non-flapping wings (15), which are also flexible, is additionally installed. Placing them in front and higher in relation to flapping allows you to increase the lifting force of non-flapping wings due to the suction of air from under them during the movement of flapping wings.

При осуществлении полета на малых скоростях или зависания на одном месте необходимо, чтобы машущее крыло создавало только подъемную силу, т.е. при движении крыла вниз угол атаки должен быть нулевым, а при движении вверх угол атаки максимальный (близкий к 90^o). Это обеспечено угловым перемещением основания (7) относительно корпуса (8) на оси (14) при помощи, например, зубчатой передачи, состоящей из шестерни (16) и сегмента шестерни, жестко соединенного с основанием (7) втулки (фиг. 7). При этом выемка (12) на втулке (6), фиксирующая крыло на взмахе вниз, расположена параллельно корпусу, а выемка, фиксирующая крыло на взмахе вверх, расположена почти вертикально.When flying at low speeds or hovering in one place, it is necessary that the flapping wing creates only lifting force, i.e. when the wing moves down, the angle of attack should be zero, and when moving up the angle of attack is maximum (close to 90 ^o ). This is ensured by the angular movement of the base (7) relative to the housing (8) on the axis (14) using, for example, a gear train consisting of a gear (16) and a gear segment rigidly connected to the base (7) of the sleeve (Fig. 7). In this case, the recess (12) on the sleeve (6), fixing the wing on the flap down, is parallel to the body, and the recess, fixing the wing on the flap up, is located almost vertically.

Для выполнения более экономичного полета необходимо изменять амплитуду взмахов. Это обеспечено регулированием по высоте рычагов (17), например, таким же образом, как в прототипе (патент США N 4712749), при этом выполняется соответствующее перемещением (вверх-вниз) клинообразных выступов (11). To perform a more economical flight, you must change the amplitude of the swings. This is achieved by adjusting the height of the levers (17), for example, in the same manner as in the prototype (US Patent No. 4,712,749), while correspondingly moving (up-down) wedge-shaped protrusions (11) is performed.

Claims

1. Летательный аппарат с машущими крыльями, содержащий корпус, крылья с жесткими осями, хвостовое оперение, силовую установку, устройство управления крыльями, в котором жесткие оси крыльев помещены внутри качающихся втулок, вдоль их продольной оси, перпендикулярно оси качания так, что указанные качающиеся втулки основанием жестко присоединены к корпусу, а регулируемым рычагом подвижной части шарнирно соединены со штоками силовой установки, отличающийся тем, что машущие крылья выполнены из однотипных элементов, имеющих аэродинамическое сечение, внутри каждого элемента выполнены два или более усиленных отверстия, предназначенных для соединения элементов напряженными гибкими связями, проходящими через усиленные отверстия внутри элементов, а жесткие оси крыльев выполнены с одним Т-образным концом, закреплены другим концом в первом от основания крыла элементе, при этом перекладины Т-образных концов расположены в одной из двух стопорных выемок указанных качающихся втулок, с другой стороны которых установлены сжатые пружины, фиксирующие Т-образные перекладины в выемках в фазах взмаха крыла, а на указанном корпусе выполнены клинообразные выступы, обеспечивающие поворот Т-образной перекладины из одной выемки в другую в верхнем и нижнем крайних положениях взмаха крыла. 1. An aircraft with flapping wings, comprising a body, wings with rigid axles, tail unit, powerplant, wing control device, in which the rigid axis of the wings are placed inside the swinging bushings, along their longitudinal axis, perpendicular to the swing axis so that said swinging bushings the base is rigidly attached to the body, and an adjustable lever of the movable part is pivotally connected to the rods of the power plant, characterized in that the flapping wings are made of the same elements having aerodynamic cross-section, inside each element there are two or more reinforced holes designed to connect the elements by strained flexible connections passing through the reinforced holes inside the elements, and the rigid axis of the wings is made with one T-shaped end, fixed by the other end in the element that is first from the base of the wing, the crossbars of the T-shaped ends are located in one of the two locking recesses of these swinging sleeves, on the other hand of which compressed springs are installed, fixing the T-shaped crossbars in the recesses in the phases of the wing flap, and on the specified body wedge-shaped protrusions are made, providing a rotation of the T-shaped bar from one recess to another in the upper and lower extreme positions of the wing flap.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно установлены неподвижные крылья, расположенные выше и ближе к передней части корпуса по отношению к машущим крыльям. 2. The apparatus according to claim 1, characterized in that it additionally has fixed wings located higher and closer to the front of the body with respect to flapping wings.

3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что качающиеся втулки присоединены к фюзеляжу шарнирно с возможностью изменения их положения относительно вертикальной плоскости взмаха. 3. The apparatus according to claim 2, characterized in that the swinging sleeve is pivotally attached to the fuselage with the possibility of changing their position relative to the vertical plane of the swing.

4. Аппарат по п. 3, отличающийся тем, что для регулирования по высоте рычагов втулок клинообразные выступы выполнены подвижными. 4. The apparatus according to p. 3, characterized in that for adjusting the height of the levers of the bushings, the wedge-shaped protrusions are movable.