平動撲翼機構(gòu)和具有平動撲翼機構(gòu)的撲翼機和滑翔的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平動撲翼機構(gòu)和具有平動撲翼機構(gòu)的撲翼機和滑翔機，包括用于驅(qū)動機翼前沿作上下簡諧運動的第一直線簡諧運動機構(gòu)和用于驅(qū)動機翼后沿作上下簡諧運動的第二直線簡諧運動機構(gòu)，機翼前沿的上下簡諧運動和機翼后沿的上下簡諧運動二者之間具有相位差，以在機翼上下平動的同時改變機翼的攻角。根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)，機翼前沿和機翼后沿分別作上下簡諧運動，機翼相對機身位移隨時間的變化更接近于正弦曲線，運動比較柔和，并且二者之間具有相位差，因此機翼能夠在上下平動的同時改變機翼的攻角，適合在大型撲翼機上使用。
【專利說明】平動撲翼機構(gòu)和具有平動撲翼機構(gòu)的撲翼機和滑翔機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平動撲翼機構(gòu)和具有平動撲翼機構(gòu)的撲翼機和滑翔機。
【背景技術(shù)】
[0002]在國際航空領(lǐng)域，近年撲翼機研究很活躍，撲翼機研究出了很多成果，絕大部分都是擺動翅膀的撲翼機，業(yè)界普遍認為，撲翼機向大型撲翼機發(fā)展才大有應用價值。由于電子計算機、新型復合材料、控制技術(shù)等高科技領(lǐng)域的迅速發(fā)展，研制撲翼機也有了新的基礎(chǔ)，今后會有許多技術(shù)突破，使人類乘上可控制的“機器鳥”更安全、更敏捷、更節(jié)能地飛翔，不必依賴能耗高的螺旋槳和噴氣動力。
[0003]國內(nèi)一般采用四連桿撲翼機構(gòu)，尾翼控制，已經(jīng)有一些鴿子般大小的撲翼機飛行。加拿大多倫多大學航空研究院的“大鴨掌”單人駕駛的撲翼機完成了短距離飛行。德國的“聰明鳥”采用四連桿撲翼機構(gòu)，美國Aero Vironment “蜂鳥”微型無尾撲翼機最終采用線控撲翼機構(gòu)。中國古時木工的拉繩鉆(別名“扯鉆”)是一種原始的線控機構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的四連桿撲翼機構(gòu)和線控撲翼機構(gòu)都是擺動撲翼，只適宜做微、小型撲翼機，不適合大型撲翼機上使用，另外擺動撲翼的滑翔姿態(tài)很難獲得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種適合大型撲翼機的平動撲翼機構(gòu)和具有平動撲翼機構(gòu)的撲翼機，本發(fā)明的目的還在于提供一種使用平動撲翼機構(gòu)的翱翔機。
[0006]為此，本發(fā)明提供了一種平動撲翼機構(gòu)，包括用于驅(qū)動機翼前沿作上下簡諧運動的第一直線簡諧運動機構(gòu)和用于驅(qū)動機翼后沿作上下簡諧運動的第二直線簡諧運動機構(gòu)，機翼前沿的上下簡諧運動和機翼后沿的上下簡諧運動二者之間具有相位差，以在機翼上下平動的同時改變機翼的攻角。
[0007]進一步地，上述第一直線簡諧運動機構(gòu)和第二直線簡諧運動機構(gòu)均包括:曲柄，與外界的發(fā)動機連接，偏心輪，能夠自由旋轉(zhuǎn)地套設(shè)在曲柄上；行星齒輪機構(gòu)，包括內(nèi)齒圈及與內(nèi)齒圈嚙合的行星齒輪，其中，內(nèi)齒圈與外界的機身固定連接，行星齒輪與偏心輪同步轉(zhuǎn)動地連接；以及一組連桿，各連桿的一端與偏心輪樞接，另一端與機翼鉸接。
[0008]進一步地,上述偏心輪的數(shù)量為兩個,對稱設(shè)置在內(nèi)齒圈的兩側(cè),其中，行星齒輪機構(gòu)包括并列設(shè)置在內(nèi)齒圈中的兩個行星齒輪，各偏心輪與一個行星齒輪同步轉(zhuǎn)動地連接。
[0009]進一步地，上述兩個行星齒輪之間設(shè)有輔助偏心支撐件，以與內(nèi)齒圈的內(nèi)壁滾動配合。
[0010]進一步地,上述內(nèi)齒圈和行星齒輪的齒數(shù)比為2:1。
[0011]進一步地，上述機翼前沿的上下簡諧運動和機翼后沿的上下簡諧運動二者之間的相位差在O?90°范圍內(nèi)調(diào)整。
[0012]進一步地，上述機翼后沿的上下簡諧運動比機翼前沿的上下簡諧運動的相位滯后45。?90°。
[0013]進一步地，上述機翼后沿的上下簡諧運動比機翼前沿的上下簡諧運動的相位滯后90。。
[0014]進一步地，上述機翼前沿和機翼后沿的運動行程相同。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種撲翼機，包括整體機翼、機身、以及發(fā)動機，其中，整體機翼和機身之間通過根據(jù)上面所描述的平動撲翼機構(gòu)連接，并且平動撲翼機構(gòu)的第一直線簡諧運動機構(gòu)和第二直線簡諧運動機構(gòu)與發(fā)動機驅(qū)動連接。
[0016]本發(fā)明還提供了一種滑翔機，包括整體機翼、機身、以及發(fā)動機，其中，整體機翼和機身之間通過根據(jù)上面所描述的平動撲翼機構(gòu)連接，并且平動撲翼機構(gòu)的第一直線簡諧運動機構(gòu)和第二直線簡諧運動機構(gòu)與發(fā)動機驅(qū)動連接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)，機翼前沿和機翼后沿分別作上下簡諧運動，機翼相對機身位移隨時間的變化更接近于正弦曲線，運動比較柔和，并且二者之間具有相位差，因此機翼能夠在上下平動的同時改變機翼的攻角，適合在大型撲翼機上。
[0018]除了上面所描述的目的、特征、和優(yōu)點之外，本發(fā)明具有的其它目的、特征、和優(yōu)點，將結(jié)合附圖作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]構(gòu)成本說明書的一部分、用于進一步理解本發(fā)明的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖中:
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼結(jié)構(gòu)的直線簡諧運動機構(gòu)的曲柄組件的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0022]圖3是根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼結(jié)構(gòu)的直線簡諧運動機構(gòu)的曲柄組件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，曲柄上安裝有偏心塊和行星齒輪。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0024]本發(fā)明的平動撲翼機的左右機翼是連在一起的，為一個整體的大展弦比機翼，它的主要運動方式是上下往返平動，另外，還具有攻角變化，使上升和下?lián)涞纳Σ幌嗟榷谝粋€姿態(tài)循環(huán)中做功。
[0025]具體地，機翼前沿和機翼后沿均由直線簡諧運動機構(gòu)驅(qū)動，以作上下簡諧運動，機翼前沿的上下簡諧運動和機翼后沿的上下簡諧運動二者之間具有相位差，以在機翼上下平動的同時改變機翼的攻角。
[0026]兩套直線簡諧運動機構(gòu)裝在機身內(nèi)，分別連接剛性機翼的前沿和后沿。這樣的平動撲翼機布局相當于一架大展弦比的滑翔機，機翼固定時擁有很好的滑翔性能和平穩(wěn)飛行性能，可以在4?5米每秒的上升氣流中翱翔。因為機翼平動的幅度受結(jié)構(gòu)限制，做功能力比較弱，良好的滑翔性能是必需的，例如滑翔比在40以上。
[0027]由于機翼的剛度有限，翼展方向有顫振。平動撲翼的強迫的一階顫振有助于撲翼做功，一階顫振有擺動撲翼的效果，但要求機翼交變應力在材料可用范圍內(nèi)，在顫振下?lián)溥^程中增加攻角和升力，在顫振上撲過程中減小攻角和升力。不難理解，普通的滑翔機以機翼作支撐而懸空飛行，而平動撲翼機還要在這個支撐上“蕩秋千”而越飛越高。
[0028]本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)包括用于驅(qū)動機翼前沿作上下簡諧運動的第一直線簡諧運動機構(gòu)和用于驅(qū)動機翼后沿作上下簡諧運動的第二直線簡諧運動機構(gòu)，機翼前沿和機翼后沿的運動行程相同并且機翼前沿的上下簡諧運動和機翼后沿的上下簡諧運動二者之間具有相位差，以在機翼上下平動的同時改變機翼的攻角。平動撲翼機構(gòu)的機翼相對機身位移隨時間的變化更接近于正弦曲線，這意味著運動比較柔和。
[0029]下面結(jié)合圖1至圖3對根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)的直線簡諧運動機構(gòu)進行詳細說明。
[0030]在本發(fā)明中，利用了將曲柄的勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化出行星齒輪上的偏心輪的簡諧直線運動的特性。
[0031]圖1至圖3是根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1至圖3所示，第一直線簡諧運動機構(gòu)和第二直線簡諧運動機構(gòu)均包括:曲柄10，與外界的發(fā)動機連接，偏心輪20，能夠自由旋轉(zhuǎn)地套設(shè)在曲柄上；行星齒輪機構(gòu)30，包括內(nèi)齒圈31及與內(nèi)齒圈31嚙合的行星齒輪32，其中，內(nèi)齒圈31與外界的機身固定連接，行星齒輪32與偏心輪20同步轉(zhuǎn)動地連接；以及一組連桿40，各連桿的一端具有與偏心輪20樞接的套孔，另一端與機翼60鉸接。
[0032]其中，內(nèi)齒圈和行星齒輪的齒數(shù)比為2:1。機翼前沿的上下簡諧運動和機翼后沿的上下簡諧運動二者之間的相位差在O?90°范圍內(nèi)調(diào)整。優(yōu)選地，機翼后沿的上下簡諧運動比機翼前沿的上下簡諧運動的相位滯后45?90°。進一步優(yōu)選地，在正常飛行過程中，機翼后沿的上下簡諧運動比機翼前沿的上下簡諧運動的相位滯后90°。
[0033]在本實施例中,利用齒數(shù)比為1:2的行星齒輪傳動將曲柄旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線簡諧振動，再用連桿將直線簡諧振動傳到機翼上，使左右機翼整體平行撲動(簡稱撲扇)。用前后兩套相位差90°的直線簡諧運動機構(gòu)，可使機翼做撲扇動作同時作攻角變化。
[0034]在本實施例中，本發(fā)明人將上述特定結(jié)構(gòu)的直線簡諧運動機構(gòu)稱為行星曲柄傳動機構(gòu)。
[0035]優(yōu)選地，偏心輪20的數(shù)量為兩個，對稱設(shè)置在內(nèi)齒圈31的兩側(cè)，其中，行星齒輪機構(gòu)包括并列設(shè)置在內(nèi)齒圈中的兩個行星齒輪32，各偏心輪與一個行星齒輪同步轉(zhuǎn)動地連接。如此形成了結(jié)構(gòu)對稱，使得曲柄兩端的支撐軸承50受力均勻。進一步地，兩個行星齒輪32之間設(shè)有輔助偏心支撐件33，以與內(nèi)齒圈31的內(nèi)壁全接觸地滾動配合，可抑制內(nèi)齒圈的抖動。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)很方便對撲翼的攻角幅度和相位進行控制，例如相位差可用帶有上下兩個張緊輪的帶齒皮帶或鏈傳動，改變張緊輪的位置，相位差就改變。另外，本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)很方便對撲翼迎角幅度進行控制，適合在大型撲翼機上使用。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的滑翔機中，滑翔機的整體機翼與機身用平動撲翼機構(gòu)連接，滑翔機滑翔時，驅(qū)動整體機翼作平行上下?lián)鋭硬⑴浜细淖児ソ?，動力通過機翼作功，使滑翔機在沒有上升氣流的情況下也能持續(xù)飛行或飛高。要求平動撲翼機構(gòu)運動柔和，效率高。
[0038]本發(fā)明的平動撲翼機構(gòu)是在分析各種撲翼方式(例如四連桿撲翼機構(gòu)和線控撲翼機構(gòu))的功能和效率時突發(fā)靈感而創(chuàng)造的。平動撲翼機構(gòu)用行星齒輪的往復直線運動驅(qū)動整體機翼上下平行運動。與擺動撲翼相比，平動撲翼的上下平行運動位移小、頻率高，效率也聞。
[0039]下面對使用平動撲翼機構(gòu)的平動撲翼機的工作過程進行說明。
[0040]首先使用相位滯后45?90°的直線簡諧運動機構(gòu)驅(qū)動機翼后沿，由于機翼前沿和后沿的上下運動有相位差，機翼就會俯仰運動并上下運動。當攻角大時，升力大，整機有超重感，機翼大面積往下?lián)洌瑱C體重心勢能增加，發(fā)動機作功把偏心輪轉(zhuǎn)到最上端；當攻角小時，升力小，整機有失重感，機翼大面積往上抬，機體重心勢能減少，機翼升力作功把偏心輪拉到最下端，發(fā)動機飛輪加速，回收儲備能量供下一個撲翼周期。由于在機體坐標系上偏心輪往上走的力大，往下走的力小，所以發(fā)動機(或電動機)在一個撲翼周期作出凈功，使撲翼機的勢能和動能增加。但是另一方面撲翼機作為一架滑翔機，它的勢能(高度)在連續(xù)流失(按滑翔比)。發(fā)動機(或電動機)在一個撲翼周期作出凈功，彌補撲翼機的勢能損失，或飛得更高。
[0041]值得注意的是機翼的撲動速度造成的相對氣流對機翼的攻角變化相位正好超前位移90°?，F(xiàn)在很多簡單撲翼機沒有機械地驅(qū)動機翼后沿，而是把機翼后沿系在機身上，足以產(chǎn)生下?lián)涞拇笊蜕蠐P的小升力。但要提高撲翼性能就要機械地驅(qū)動機翼后沿，將前后沿振動相位差在O?90°之間調(diào)整，象鳥兒一樣，可以大幅度轉(zhuǎn)翅，靈活機動。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種平動撲翼機構(gòu)，包括用于驅(qū)動機翼前沿作上下簡諧運動的第一直線簡諧運動機構(gòu)和用于驅(qū)動機翼后沿作上下簡諧運動的第二直線簡諧運動機構(gòu)，所述機翼前沿和所述機翼后沿的運動行程相同并且所述機翼前沿的上下簡諧運動和所述機翼后沿的上下簡諧運動二者之間具有相位差，以在機翼上下平動的同時改變機翼的攻角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述第一直線簡諧運動機構(gòu)和所述第二直線簡諧運動機構(gòu)均包括: 曲柄，與外界的發(fā)動機連接， 偏心輪，能夠自由旋轉(zhuǎn)地套設(shè)在所述曲柄上； 行星齒輪機構(gòu)，包括內(nèi)齒圈及與內(nèi)齒圈嚙合的行星齒輪，其中，所述內(nèi)齒圈與外界的機身固定連接，所述行星齒輪與所述偏心輪同步轉(zhuǎn)動地連接；以及 一組連桿，各所述連桿的一端與所述偏心輪樞接，另一端與所述機翼鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述偏心輪的數(shù)量為兩個，對稱設(shè)置在所述內(nèi)齒圈的兩側(cè)，其中，所述行星齒輪機構(gòu)包括并列設(shè)置在所述內(nèi)齒圈中的兩個行星齒輪，各所述偏心輪與一個所述行星齒輪同步轉(zhuǎn)動地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述兩個行星齒輪之間設(shè)有輔助偏心支撐件，以與所述內(nèi)齒圈的內(nèi)壁滾動配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)齒圈和行星齒輪的齒數(shù)比為2:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述機翼前沿的上下簡諧運動和所述機翼后沿的上下簡諧運動二者之間的相位差在O?90°范圍內(nèi)調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述機翼后沿的上下簡諧運動比所述機翼前沿的上下簡諧運動的相位滯后45°?90°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動撲翼機構(gòu)，其特征在于，所述機翼后沿的上下簡諧運動比所述機翼前沿的上下簡諧運動的相位滯后90°。
9.一種撲翼機，包括整體機翼、機身、以及發(fā)動機，其特征在于，所述整體機翼和機身之間通過根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的平動撲翼機構(gòu)連接，并且所述平動撲翼機構(gòu)的第一直線簡諧運動機構(gòu)和第二直線簡諧運動機構(gòu)與發(fā)動機驅(qū)動連接。
10.一種滑翔機，包括整體機翼、機身、以及發(fā)動機，其特征在于，所述整體機翼和機身之間通過根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的平動撲翼機構(gòu)連接，并且所述平動撲翼機構(gòu)的第一直線簡諧運動機構(gòu)和第二直線簡諧運動機構(gòu)與發(fā)動機驅(qū)動連接。
【文檔編號】B64C33/02GK103569360SQ201310603072
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】劉飛亭 申請人:中國南方航空工業(yè)(集團)有限公司