一种重心在两翼之下的扑翼飞行器的制作方法

[0001]
本发明涉及飞行器技术领域，更具体的说是涉及一种重心在两翼之下的扑翼飞行器。


背景技术：

[0002]
目前，自然界中能够飞行的昆虫、鸟类、蝙蝠均采用扑翼飞行，具有高机动性和低能耗的特点。扑翼飞行器是有别于固定翼飞行器、旋翼飞行器的飞行器，它是采用昆虫、鸟类、蝙蝠飞行方式的飞行器，在军用、民用方面用途广泛，已有多种扑翼飞行器实现了飞行。
[0003]
但是，由于鸟类的飞行动作比较复杂。现有技术中多，多数是简单的模仿鸟类翅膀的上下摆动没有像鸟类一样有翅膀的伸缩，也不能独立的控制左右翅膀，所以飞行效率低且机动能力相当有限。并且，传统飞行器仅可通过电力或发动机等能源驱动，在遇到能源不足时，则无法顺利降落，危险性极大，因此，有必要提供一种结构简单、飞行效率高且安全系数高的扑翼飞行器。
[0004]
因此，如何提供一种结构简单，驾驶更为安全的扑翼飞行器是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
[0006]
有鉴于此，本发明提供了一种重心在两翼之下的扑翼飞行器；具有扑翼飞行能力，并在扑翼飞行的前提下，以旋翼为翼，带动旋翼进行扑动，进一步提升了飞行效果；可通过电力和人力两种驱动方式进行驱动，避免电能耗尽的情况下无法安全降落的问题。
[0007]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008]
一种重心在两翼之下的扑翼飞行器，其特征在于，包括机翼装置、驾驶舱和助跑装置；
[0009]
所述机翼装置安装在所述驾驶舱的顶部，包括驱动舱体、驱动组件和机翼；所述驱动组件安装在所述驱动舱体内，所述机翼安装在所述驱动舱体外侧；
[0010]
所述驱动组件包括主动齿轮、从动齿轮、第一传动轴、第一主动链轮、第一从动链轮，第一连杆、驱动盘、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆；所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮安装在所述第一传动轴上，两个所述第一主动链轮安装在所述第一传动轴的两端，并分别通过铰链与对应的所述第一从动链轮连接；两个所述第一从动链轮通过第一连杆与所述驱动盘一侧面固定连接；所述第二连杆一端与所述驱动盘另一侧面固定，另一端与所述第三连杆一端转动连接，所述第三连杆另一端与所述第四连杆固定连接，所述第四连杆一端与所述机翼固定，另一端与所述第五连杆一端通过万向节铰接；所述第五连杆另一端与所述驱动舱体固定连接；
[0011]
所述驾驶舱内部安装有座椅、扶手和踏板装置；并在舱体尾部设置有尾翼，所述尾翼通过拉杆与所述扶手连接；
[0012]
所述踏板装置包括第二主动链轮、第二从动链轮和脚踏板；所述第二主动链轮中部设有固定杆，固定杆两端分别通过曲柄连接脚踏板；所述第二从动链轮固定在所述传动轴上，通过踩动脚踏板驱动所述第二主动链轮，并通过链轮带动所述第二主动链轮转动，进而驱动所述驱动装置动作；
[0013]
所述助跑装置安装在所述驾驶舱底部；
[0014]
所述助跑装置和所述机翼装置均通过电机驱动。
[0015]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种重心在两翼之下的扑翼飞行器，电机驱动第一主动齿轮转动，带动与之啮合的第一从动齿轮，第一主动链轮、第一从动链轮、第一连杆和驱动盘动作；进一步通过带动第二连杆、、第三连杆和第四连杆，使机翼装置出现周期性扑飞动作；在飞行过程中持续提供升力，提高飞行效率；当电机的电源低昂量不足时，可通过人力踩踏脚踏板，通过第二主动链轮与第二从动链轮带动驱动组件以及连接组件继续动作，进行安全降落，进一步提升飞行器的安全系数。
[0016]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述第三连杆为电动推杆，并安装电池；采用此方案能在升力系数最大值的范围内，进一步增加的迎角，从而进一步提升升力。
[0017]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述机翼为非对称翼型，且顶部为凸型，底部为凹型；采用此方案为增加机翼飞行升力的一个优选实施方式。
[0018]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述机翼为旋翼机构；采用此方案在扑翼飞行的基础上结合旋翼，强化飞行效果，进一步提升飞行器的飞行能力。
[0019]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述旋翼机构包括安装轴和旋翼；所述安装轴与机身所在平面垂直，并固定在所述第四连杆的一端，所述旋翼与所述安装轴转动连接；采用此方案为增加机翼飞行升力的一个优选实施方式。
[0020]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述安装轴上套设轴承，所述旋翼的翼片与所述轴承固定连接。
[0021]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述翼片设置有多片，且多片翼片以所述安装轴轴线为中心呈顺时针或逆时针阵列分布；采用此方案可实现翼片旋转时前缘转动方向一致，可在完整的扑动过程中保持旋翼翼片旋转方向不变，始终提供升力，提升飞行效率。
[0022]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，所述旋翼的翼片为双凸翼型，底部弧度小于或等于顶部的弧度；此方案为增加机翼飞行升力的一个优选实施方式。
[0023]
优选地，在上述的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器中，电机采用伺服电机或舵机；采用此方案便于飞行器机翼动作频率的控制和调节，安全性更高。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]
图1附图为本发明其中一个实施例的结构示意图；
[0026]
图2附图为本发明其中一个实施例的结构示意图；
[0027]
图3附图为本发明驱动机构的结构示意图；
[0028]
图4附图为本发明一个机翼实施例与驱动机构连接连接示意图；
[0029]
图5附图为本发明一个机翼实施例与驱动机构连接连接示意图；；
[0030]
图6附图为本发明机翼下扑过程受力分析图；
[0031]
图7附图为本发明机翼回升过程受力分析图；
[0032]
图8附图为本发明旋翼翼片下扑过程的受力分析图；
[0033]
图9附图为本发明旋翼翼片回升过程的受力分析图。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0036]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0037]
请参阅附图附图1-2为本发明的一种重心在两翼之下的扑翼飞行器，包括：
[0038]
机翼装置、驾驶舱1和助跑装置5；
[0039]
机翼装置安装在驾驶舱1的顶部，包括驱动舱体3、驱动组件2和机翼4；驱动组件2安装在驱动舱体3内，机翼4安装在驱动舱体2外侧；
[0040]
驱动组件包括主动齿轮200、从动齿轮201、第一传动轴21、第一主动链轮220、第一从动链轮221，第一连杆23、驱动盘24、第二连杆25、第三连杆26、第四连杆27和第五连杆28；主动齿轮200与从动齿轮201啮合，从动齿轮201安装在第一传动轴21上，两个第一主动链轮220安装在第一传动轴21的两端，并分别通过铰链与对应的第一从动链轮221连接；两个第一从动链轮221通过第一连杆23与驱动盘24一侧面固定连接；第二连杆25一端与驱动盘24另一侧面固定，另一端与第三连杆26一端转动连接，第三连杆26另一端与第四连杆27固定连接，第四连杆27一端与机翼4固定，另一端与第五连杆28一端通过万向节铰接；第五连杆28另一端与驱动舱体3固定连接；
[0041]
驾驶舱1内部安装有座椅、扶手和踏板装置；并在舱体尾部设置有尾翼10，尾翼10通过拉杆与扶手连接；
[0042]
踏板装置包括脚踏板12、第二主动链轮110、第二从动链轮111、第二传动轴13、第三主动链轮140和第三从动链轮141；第二主动链轮110中部设有固定杆，固定杆两端分别通
过曲柄连接脚踏板12；第二从动链轮111固定在第二传动轴13上，第二传动轴13还固定有第三主动链轮140，第三从动链轮141固定在第一传动轴21上，第二主动链轮110和第二从动链轮111、第三主动链轮140和第三从动链轮141均通过链轮传动；通过踩动脚踏板12驱动第二主动链轮110，并通过链轮带动第二从动链轮111、第三主动链轮140及对应的第三从动链轮141转动，进而驱动机翼4动作；
[0043]
助跑装置5安装在驾驶舱1底部；
[0044]
助跑装置5和机翼装置均通过电机驱动。
[0045]
本发明的原理为：电能供电时，电机的输出轴带动主动齿轮200转动，驱动从动齿轮201和第一传动轴21转动，进一步驱动第一主动链轮220、第一从动链轮动作，并通过第一连杆23带动驱动盘24作圆周运动转动，使第二连杆25随驱动盘24运动；由于第三连杆26一端与第二连杆25转动连接，第三连杆26在第二连杆25拉动下，其角度和位置发生周期性变化，并且第三连杆26与第四连杆27固定连接，机翼4与第四连杆27一端固定连接，第四连杆27另一端与第五连杆28一端通过万向节连接，第五连杆28固定在驱动舱体上，在舵机的带动下机翼4实现角度周期性变化并完成扑飞的动作；
[0046]
电能不足时，驾驶者通过脚踏板12带动第二从动链轮110和第二从动链轮111转动，第三主动链轮140和第三从动链轮141在第二传动轴13的带动下同步转动，并通过第二从动链轮141带动第一传动轴21转动，重复电能驱动的状态下的扑飞动作。
[0047]
参阅附图1、附图3和附图4为本发明的一个实施例，第三连杆26为电动推杆，并安装电池；
[0048]
具体的，且机翼4为非对称翼型，其顶部为凸型，底部为凹型。
[0049]
飞行过程中，机翼自最低点向最高点的回升运动过程中；电动推杆伸长，进一步增大了机翼的迎角，使机翼迎角在升力系数的最大值的范围内变大，遵循机翼迎角在升力系数的最大值之前，升力随迎角的增大而增大的规律，进一步增加了机翼在会回升过程中的升力，进一步强化飞行机构的飞行能力；
[0050]
参阅付图6-7，为本发明实施例机翼受力分析图；以机翼在最高点位置为起始点进行受力分析，本发明需安装在设有助跑装置的飞行器上使用，首先助跑装置启动使机翼前缘具备向前的速度v0，舵机开始转动；
[0051]
在机翼自最高点向最低点的下扑运动过程中；机翼向下方扑动，使旋翼叶片具备向下的速度v1，产生斜向下的合速度v
合
，并产生与v
合
垂直的升力f
升
，f
升
的分力方向朝向机翼上方，在速度v0不变的情况下；机翼在最高点至最低点的下扑速度在进行逐渐增加后逐渐降低，可得出f
升
先逐渐增加然后逐渐减少，但始终存在；
[0052]
在机翼自最低点向最高点的回升运动过程中；使旋翼叶片具备向上的速度v1，产生斜向上的合速度v
合
，并产生与v
合
垂直的升力f
升
，f
升
的分力方向朝向机翼上方，在速度v0不变的情况下；机翼在最低点至最高点的回声速度在进行逐渐增加后逐渐降低，可得出f
升
先逐渐增加然后逐渐减少，但始终存在；
[0053]
本实施例中，旋翼自最低点向最高点的回升运动过程中；电动推杆伸长，进一步增大了旋翼叶片的迎角，使叶片迎角在升力系数的最大值的范围内变大，遵循机翼迎角在升力系数的最大值之前，升力随迎角的增大而增大的规律，进一步增加了叶片在会回升过程中的升力，进一步强化飞行机构的飞行能力。
[0054]
因此，在机翼的整个运动过程中始终产生升力，保证飞机的飞行。
[0055]
参阅附图2、附图3和附图5，为本发明的另一个实施例中，第三连杆26为电动推杆，并安装电池；
[0056]
机翼4为旋翼机构。
[0057]
具体的，旋翼机构包括安装轴40和旋翼叶片41；安装轴40与第四连杆15和机身所在平面垂直，并固定在第四连杆15的另一端，旋翼叶片41与安装轴40转动连接。
[0058]
具体的，安装轴40上套设轴承，旋翼叶片41与轴承固定连接。
[0059]
具体的，旋翼叶片41设置有多片，且多片旋翼叶片41以安装轴40轴线为中心呈顺时针或逆时针阵列分布；
[0060]
旋翼叶片41对称翼型。
[0061]
以扑翼为基础进行扑动的同时，结合旋翼，是旋翼随扑动运动而运动，带动旋翼叶片旋转，产生升力，强化飞行能力。
[0062]
具体的，电动推杆包括电机、齿轮组、丝杠组件、推杆、推杆壳体；电源、电机、齿轮组、丝杠组件、推杆均安装在推杆壳体内，所述电机通过齿轮组连接所述丝杠组件的丝杠，丝杠组件的丝杠螺母与推杆一端连接，推杆另一端与机翼4连接，通过带动丝杠旋转，使丝杠组件的丝杠螺母座往复移动，将电机转动转变为线性移动，以实现在机翼运动过程中改变翼片的迎角，从而达到提升升力的效果。
[0063]
参阅附图8-9，为本发明旋翼叶片受力分析图，以机翼4在最高点位置为起始点进行受力分析，本发明需安装在设有助跑装置的飞行器上使用，首先助跑装置启动使机翼前缘具备向前的速度v0，舵机开始转动；
[0064]
在机翼自最高点向最低点的下扑运动过程中；机翼向下方扑动，使旋翼叶片具备向下的速度v1，产生斜向下的合速度v
合
，并产生与v
合
垂直的升力f
升
，f
升
的分力方向朝向机翼上方，在速度v0不变的情况下；机翼在最高点至最低点的下扑速度在进行逐渐增加后逐渐降低，可得出f
升
先逐渐增加然后逐渐减少，但始终存在；
[0065]
在机翼自最低点向最高点的回升运动过程中；使旋翼叶片具备向上的速度v1，产生斜向上的合速度v
合
，并产生与v
合
垂直的升力f
升
，f
升
的分力方向朝向机翼上方，在速度v0不变的情况下；机翼在最低点至最高点的回声速度在进行逐渐增加后逐渐降低，可得出f
升
先逐渐增加然后逐渐减少，但始终存在；
[0066]
因此，在机翼的整个运动过程中始终产生升力，保证飞机的飞行。
[0067]
在本发明的一些实施例中，机翼装置内各部件均采用碳纤维复合材料制成。
[0068]
具体的，上述非对称翼型型号为：ah79-100b、ah79-100c、be6356、或be8356。
[0069]
具体的，上述对称翼型型号为：naca0012或naca0016。
[0070]
具体的，本发明中的电机为伺服电机或舵机。
[0071]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0072]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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