RU45363U1 - MECHANICAL MODEL OF THE INSECT WING MOTOR - Google Patents

Abstract

В модели решается задача моделирования механизма, воспроизводящего кинематику маховых движений крыльев быстромашущего насекомого путем использования дополнительных звеньев 5, 6, 7, 9, а также упругих элементов 13, 15 (фиг.1). Модель может быть использована в качестве привода машущих крыльев в летательных аппаратах.The model solves the problem of modeling a mechanism that reproduces the kinematics of flapping movements of the wings of a fast-moving insect by using additional links 5, 6, 7, 9, as well as elastic elements 13, 15 (Fig. 1). The model can be used as a drive for flapping wings in aircraft.

Description

Полезная модель относится к области летательных аппаратов с машущими крыльями и может быть использована при моделировании крылового мотора насекомых и привода машущих крыльев механических летательных аппаратов.The utility model relates to the field of flapping aircraft and can be used to model the wing motor of insects and driving flapping wings of mechanical aircraft.

Известна действующая рабочая модель, объясняющая функционирование механизма движения крыльев у насекомого [1]. Элементы этой механической модели копируют и воспроизводят функциональные возможности различных частей локомоторного органа -грудного сегмента мухи. Рабочая модель содержит: проволоку, изображающую продольную спинную мышцу, резинку, изображающую плейростернальную мышцу, а также другие элементы, изображающие крыло, тергит, плечо скутеллума, плейрит.A working working model is known that explains the functioning of the mechanism of movement of wings in an insect [1]. Elements of this mechanical model copy and reproduce the functionality of various parts of the locomotor organ, the thoracic segment of the fly. The working model contains: a wire depicting the longitudinal spinal muscle, an elastic band depicting the plerosternal muscle, as well as other elements depicting the wing, tergite, scutellum shoulder, pleurisy.

Наиболее близкое известное техническое решение к предполагаемой полезной модели - кривошипно-ползунный механизм с установленными на зубчатых колесах противовесами [2], которое содержит ползун и на валах жестко укрепленные два одинаковые зубчатые колеса, снабженные двумя противовесами равной массы.The closest known technical solution to the proposed utility model is a crank-slide mechanism with counterweights mounted on the gears [2], which contains a slider and two identical gear wheels rigidly attached to the shafts, equipped with two equal weight counterweights.

Недостаток аналога и прототипа заключается в ограниченности их возможности для воспроизведения кинематики махового движения крыльев природного объекта. Целью полезной модели является расширение ее функциональных возможностей за счет использования дополнительных звеньев для воспроизведения кинематики махового движения крыльев природного объекта.The disadvantage of the analogue and prototype is their limited ability to reproduce the kinematics of the flywheel movement of the wings of a natural object. The purpose of the utility model is to expand its functionality through the use of additional links to reproduce the kinematics of the flywheel movement of the wings of a natural object.

Поставленная цель достигается тем, что механическая модель крылового мотора насекомого, содержащая кривошипно-полэунный механизм, состоящий из ползуна и на валах жестко укрепленных двух одинаковых зубчатых колес, снабженных двумя противовесами равной массы, дополнительно снабжена жестко соединенным с ползуном водилом, к краям которого симметрично шарнирно через серьги присоединены две ступицы, которые шарнирно соединены со стойкой, внутри каждой ступицы шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен Крыловой стебель с ограничителями его возвратно-поступательного перемещения, при этом ступицы соединены между собой упругим элементом, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена, через упругие элементы соединены со стойкой.This goal is achieved by the fact that the mechanical model of the wing motor of the insect, containing a crank-poleun mechanism, consisting of a slider and on the shafts of rigidly fixed two identical gear wheels, equipped with two counterweights of equal mass, is additionally equipped with a carrier rigidly connected to the slider, to the edges of which it is symmetrically articulated two hubs are connected through the earrings, which are pivotally connected to the stand; inside each hub, a wing stem with a facet is pivotally mounted, coinciding with its geometric axis readers of its reciprocating movement, while the hubs are interconnected by an elastic element, and the ends of the wing stalk, curved in the form of a knee, are connected to the strut through the elastic elements.

Новизна полезной модели состоит в том, что механическая модель крылового мотора насекомого дополнительно снабжена жестко соединенным с ползуном водилом, к краям которого симметрично шарнирно через серьги присоединены две ступицы, которые шарнирно соединены со стойкой, внутри каждой ступицы шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен Крыловой стебель с ограничителями его возвратно-поступательного перемещения, при этом ступицы соединены между собой упругим элементом, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена, через упругие элементы соединены со стойкой.The novelty of the utility model consists in the fact that the mechanical model of the wing motor of the insect is additionally equipped with a carrier, rigidly connected to the slider, to the edges of which two hubs are connected articulately through the earrings, which are pivotally connected to the stand, inside each hub it is articulated, coinciding with its geometric axis, installed Wing stalk with limiters of its reciprocating movement, while the hubs are interconnected by an elastic element, and the ends of the wing stalk, curved in the form of a knee, through prugie elements are connected to the reception.

Кинематическая схема полезной модели представлена на фиг.1. Во. фиг.1 введены следующие обозначения:The kinematic diagram of a utility model is presented in figure 1. In. figure 1 introduced the following notation:

1 - зубчатое колесо;1 - a gear wheel;

2 - противовес;2 - counterweight;

3 - шатун;3 - connecting rod;

4 - ползун;4 - slider;

5 - водило;5 - drove;

6 -серьга;6 - earring;

7 - ступица;7 - a nave;

8 - стойка (корпус);8 - a rack (case);

9 - крыловой стебель;9 - wing stalk;

10 - крыло;10 - wing;

11, 12 - ограничители;11, 12 - limiters;

13 - упругий элемент,13 is an elastic element

14 - конец крылового стебля, изогнутый в виде колена;14 - the end of the wing stem, curved in the form of a knee;

15 - упругий элемент,15 is an elastic element,

16 - ограничительный упор.16 - restrictive emphasis.

В исходном положении, находящиеся в зацеплении и жестко укрепленные на валах два одинаковые зубчатые колеса 1, снабженные противовесами равной массы 2, шарнирно через шатуны 3 соединены с ползуном 4, к которому жестко присоединено водило 5. К краям водила 5 шарнирно через серьги 6 присоединены две ступицы 7, шарнирно соединенные со стойкой 8. Внутри каждой ступицы 7 шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен крыловой стебель 9 крыла 10. Для ограничения возвратно-поступательных движений крылового стебля 9 на нем установлены ограничители 11, 12. Ступицы 7 соединены между собой упругим элементом 13, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена 14, через упругие элементы 15 соединены со стойкой 8. Для ограничения возвратно-вращательных движений крыла 10 на ступице 7 установлен ограничительный упор 16.In the initial position, meshed and rigidly fixed on the shafts, two identical gears 1, equipped with counterweights of equal weight 2, are pivotally connected via a connecting rod 3 to a slider 4, to which the carrier 5 is rigidly attached. Two two are pivotally connected to the edges of the carrier 5 the hub 7 pivotally connected to the strut 8. Inside each hub 7, the wing stem 9 of the wing 10 is pivotally mounted, coinciding with its geometric axis. To limit the reciprocating movements of the wing stem 9, it will be installed if 11, 12. The hubs 7 are interconnected by the elastic member 13 and the stem ends of the wing, curved in the form of a knee 14 through elastic members 15 are connected with a rack 8. To limit the reciprocating rotational motion of the wing 10 on the hub 7 is mounted limit stop 16.

Предлагаемая механическая модель крылового мотора насекомого работает следующим образом. Зубчатые колеса 1, вращаясь в противоположные стороны, через шатуны 3 приводят в движение ползун 4 и водило 5, которое совершает возвратно-поступательные The proposed mechanical model of the wing motor of an insect works as follows. The gears 1, rotating in opposite directions, through the connecting rods 3, move the slider 4 and the carrier 5, which makes reciprocating

движения. Эти движения через серьги 6 передаются ступицам 7, которые совершают возвратно-вращательные маховые движения вместе с Крыловыми стеблями 9 и крыльями 10. Фаза опускания крыла 10 названа махом, поднятия - взмахом. Кроме этих движений со ступицами 7, крылья 10 совершают также и вращательные движения относительно своих продольных осей. Центры тяжести и центры давлений крыльев 10 расположены между их продольными осями и задними кромками. Поэтому вращательные движения крыльев 10 относительно своих продольных осей в конце маха и взмаха происходят автоматически под действием их инерционных сил. Фазы этих вращательных движений названы соответственно супинацией и пронацией. Взмах крыльев 10 происходит во флюгерном режиме. Угол вращения крыльев 10 при пронации ограничен ограничительными упорами 16. В фазе маха между фазами пронации и супинации крылья 10 совершают также принудительные вращательные движения относительно своих продольных осей. Эти движения названы маховосупинационными. Закон этих движений определяется упругими элементами 15. Тяга машущих крыльев 10 создается при их маховосупинационном движении.movement. These movements through the earrings 6 are transmitted to the hubs 7, which perform flip-flap movements together with the Wing stems 9 and the wings 10. The phase of lowering the wing 10 is called a flap, and the raising phase is called a flap. In addition to these movements with the hubs 7, the wings 10 also perform rotational movements relative to their longitudinal axes. The centers of gravity and pressure centers of the wings 10 are located between their longitudinal axes and trailing edges. Therefore, the rotational movements of the wings 10 relative to their longitudinal axes at the end of the swing and flap occur automatically under the influence of their inertial forces. The phases of these rotational movements are called supination and pronation, respectively. The flap of the wings 10 occurs in the vane mode. The angle of rotation of the wings 10 during pronation is limited by restrictive stops 16. In the swing phase between the phases of pronation and supination, the wings 10 also make forced rotational movements relative to their longitudinal axes. These movements are called fly-swelling. The law of these movements is determined by the elastic elements 15. The thrust of the flapping wings 10 is created during their flywheel movement.

Наличие упругого элемента 13 между ступицами 7 определяется необходимостью снятия ударной нагрузки с элементов конструкции в конце маха и взмаха крыльев 10. Благодаря этому элементу 13, кинетическая энергия крыльев 10 и ступиц 7 в конце маха и взмаха переходит в потенциальную энергию упругого элемента 13 с обратным переходом в кинетическую энергию крыльев 10 и ступиц в начале очередного взмаха и маха крыльев 10.The presence of an elastic element 13 between the hubs 7 is determined by the need to remove the shock load from the structural elements at the end of the swing and flap of the wings 10. Due to this element 13, the kinetic energy of the wings 10 and the hubs 7 at the end of the flap and flap passes into the potential energy of the elastic element 13 with a reverse transition into the kinetic energy of wings 10 and hubs at the beginning of the next flap and swing of wings 10.

Проведен кинематический расчет для всех звеньев рассматриваемой полезной модели. Установлена схожесть законов углового движения, угловой скорости и углового ускорения продольных осей крыльев для рассматриваемой механической модели крылового мотора насекомого и природного объекта - мухи Phormiaregina [3, c.l97].A kinematic calculation was carried out for all links of the considered utility model. The similarity of the laws of angular motion, angular velocity and angular acceleration of the longitudinal axes of the wings was established for the mechanical model of the wing motor of an insect and a natural object - the Phormiaregina fly [3, c.l97].

Положительный эффект состоит в том, что расширяются функциональные возможности привода машущих крыльев механических летательных аппаратов, например, беспилотных летательных аппаратов.The positive effect is that expanding the functionality of the drive flapping wings of mechanical aircraft, for example, unmanned aerial vehicles.

Предложенная механическая модель крылового мотора насекомого является механизмом, которому автором дано название "Автомат супинации".The proposed mechanical model of the wing motor of the insect is a mechanism, which the author gave the name "Automatic supination".

Список литературыList of references

1. Прингл Дж. Полет насекомых. - М: Иностранная литература, 1963. с.32 - аналог.1. Pringle J. Flight of insects. - M: Foreign literature, 1963. p.32 - analogue.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебн. для втузов. - 4 изд. Перераб. и доп. - М: Наука, 1988. с.291 - прототип.2. Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms and machines. Training for technical colleges. - 4th ed. Re-worker. and add. - M: Science, 1988. p.291 - prototype.

3. Wemer Nachdgull. Diе kinematik der schlagf lugellewe gangen von diptenan. Zoologsches Institut der Universitat Munchen Zeitschrift fur vergleicheude Physiolqgie 52, 155-211 (1966).3. Wemer Nachdgull. Die kinematik der schlagf lugellewe gangen von diptenan. Zoologsches Institut der Universitat Munchen Zeitschrift fur vergleicheude Physiolqgie 52, 155-211 (1966).

Claims (1)

Механическая модель крылового мотора насекомого, содержащая кривошипно-ползунный механизм, состоящий из ползуна и на валах жестко укрепленных двух одинаковых зубчатых колес, снабженных двумя противовесами равной массы, отличающаяся тем, что снабжена жестко соединенным с ползуном водилом, к краям которого симметрично шарнирно через серьги присоединены две ступицы, которые шарнирно соединены со стойкой, внутри каждой ступицы шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен крыловой стебель с ограничителями его возвратно-поступательного перемещения, при этом ступицы соединены между собой упругим элементом, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена, через упругие элементы соединены со стойкой.A mechanical model of an insect wing motor containing a crank-slide mechanism consisting of a slider and two identical gear wheels rigidly attached to the shafts, equipped with two counterweights of equal mass, characterized in that it is provided with a carrier rigidly connected to the slider, to the edges of which are connected symmetrically through the earrings two hubs that are pivotally connected to the strut, inside each hub pivotally, coinciding with its geometric axis, a wing stem with limiters of its reciprocation is installed true movement, while the hubs are interconnected by an elastic element, and the ends of the wing stem, curved in the form of a knee, are connected to the post through elastic elements.