一种四翼片平拍扑翼飞行器的制造方法
【专利摘要】一种四翼片平拍扑翼飞行器，属航空【技术领域】，包括机身、垂直尾翼、左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置、右前拍翼装置和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和电源设备。配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备。左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置结构和参数相同两两对称布置于机身的左右两侧。垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成。左后拍翼装置中的定同步轮与动同步轮的传动比为1∶1。机身的左右两侧的后前位置分别设置了左后缺口、右后缺口、左前缺口和右前缺口。四个翼片在上下拍动的过程中不会在横向产生水平分力，效率较高。该飞行器用于航拍、地理测量、交通执勤、农林作业、军事侦查和抢险救灾多种任务。
【专利说明】 一种四翼片平拍扑翼飞行器
【技术领域】
[0001]一种四翼片平拍扑翼飞行器，属航空【技术领域】，尤其涉及一种扑翼飞行器。
【背景技术】
[0002]传统扑翼飞行器的翅膀是按弧轨迹扑动的，翅膀上下拍动时在横向的水平方向即翅膀展长方向产生了一部分空气动力分量，该水平方向的分量对飞行器的前行和升空都没有正面效果，是动力的一种损耗；传统扑翼飞行器大多为两片翅膀，飞行不够灵活，机动性不强。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有扑翼飞行器的上述不足，发明一种效率较高的机动灵活的四翼片平拍扑翼飞行器。
[0004]一种四翼片平拍扑翼飞行器，包括机身、垂直尾翼、左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置、右前拍翼装置和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和电源设备，该飞行器飞行姿态由操控系统操纵，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备，采用锂电池为操控系统、机载设备和所有电机供电。配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备，采用自动导航自主驾驶方式或遥控方式飞行。左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置结构和参数相同两两对称布置于机身的左右两侧。垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段的活动部分即方向舵组成。方向舵在操控系统的操控下左右偏转，能使该飞行器向左或向右偏航。起落架采用轮式起落架。为了结构紧凑且方便左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置能灵活上下扑动，在机身的左右两侧的后前位置分别设置了左后缺口、右后缺口、左前缺口和右前缺口。
[0005]左后拍翼装置的结构是:包括电机、主轴、摆臂、翼轴、翼片、定同步轮、同步带和动同步轮。翼片是非刚性的，翼片前缘浑圆厚实，翼片后缘尖细，靠近前缘的部分较硬，靠近后缘的部分较软。翼片平面形状呈矩形，翼片的翼型采用上凸下凹型或上凸下平型翼型。翼片水平布置，翼轴的后端垂直固连于翼片的前缘中部位置，翼轴水平布置且与主轴平行。主轴纵向水平布置，主轴的前段穿过定同步轮的中心孔后通过轴承与机身相连，主轴的前端与电机的输出轴相连，主轴的后端通过轴承与机身相连。定同步轮通过定同步轮的端头与机身固连于机身的左后缺口内，定同步轮与主轴同高同轴。摆臂的一端与主轴的中段垂直固连于机身的左后缺口内，摆臂的另一端通过轴承与翼轴垂直相连于翼轴的中段。动同步轮固连在翼轴的前端，动同步轮和定同步轮通过同步带相连，定同步轮与动同步轮的传动比为1:1。同步带运动平面与主轴垂直。电机固定安装在机身的机架上，操控系统能对电机的转速、转向和转角范围进行控制。
[0006]从该发明飞行器的尾端往前端看，左后拍翼装置的工作原理是:下扑过程:假设起始位置是翼片处于较高位置，在操控系统的控制下，启动电机逆时针转动，在电机的驱动下，主轴逆时针转动，带动摆臂逆时针转动，定同步轮固定不动，由于定同步轮与动同步轮的传动比为1: 1，同步带带动动同步轮顺时针自转，保持翼片的前缘处于水平位置下拍，沿翼展方向翼片相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于翼片是非刚性的，有一定的柔度和弹性，翼片下拍时翼片的后缘要滞后翼片的前缘一些。由于翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，翼片下拍产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。上扑过程是:从翼片处于较低位置开始，操控系统控制电机反转，在电机的驱动下，主轴顺时针转动，带动摆臂顺时针转动，定同步轮固定不动，由于定同步轮与动同步轮的传动比为1: 1，同步带带动动同步轮逆时针自转，保持翼片的前缘处于水平位置上拍，沿翼展方向翼片相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。由于翼片是非刚性的，有一定的柔度和弹性，翼片上拍时翼片的后缘也会滞后翼片的前缘。由于翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，翼片的后缘滞后翼片的前缘的程度大一些。上拍翼片产生较大的向前的推力和较小的向上的升力或不产生升力，上拍过程产生升力的大小与该飞行器前飞的速度有关，前飞的速度越快产生的升力越大。翼片拍动的快慢和角度范围是通过控制电机的转速、转向和转角进行调节的，拍动的范围在0°至180°之间可调。若上扑使摆臂转至主轴正上方处于竖直位置，下扑使摆臂转至主轴正下方处于竖直位置，则扑动的范围为180°。
[0007]左前拍翼装置的工作原理与左后拍翼装置的工作原理相同，扑动的方向相同。
[0008]右后拍翼装置的工作原理与左后拍翼装置的工作原理相同，扑动的方向是对称的。从该发明飞行器的尾端往前端看，右后拍翼装置的主轴顺时针转动，其翼片下拍；右后拍翼装置的主轴逆时针转动，其翼片上拍。
[0009]右前拍翼装置的工作原理与右后拍翼装置的工作原理相同，扑动的方向相同。
[0010]左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置的翼片在上下拍动的过程中都不会在横向产生水平分力，效率较高。
[0011]左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置中的同步带传动方式同时更换成链传动方式该发明飞行器的功率能大一些，载荷能力会强一些。
[0012]左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置独立分开控制，它们的电机都采用伺服电机，控制比较方便，尤其方便控制它们的扑动角度范围及扑动速度，使该飞行器飞行更加机动灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种四翼片平拍扑翼飞行器的后视示意图，此图中，左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置都处于下扑过程中，它们的翼片都处于下拍中，四个翼片的前缘朝下，后缘朝上；图2是图1的俯视示意图；图3是图1的左视示意图；图4是本发明一种四翼片平拍扑翼飞行器的左后拍翼装置、右后拍翼装置、左前拍翼装置和右前拍翼装置都处于上扑过程时的后视示意图，图中，它们的翼片都处于上拍过程中，四个翼片的前缘朝上，后缘朝下。
[0014]图中，1-机身，11-左后缺口，12-右后缺口，13-左前缺口，14-右前缺口 ；2-垂直尾翼，21-垂直安定面，22-方向舵；3_左后拍翼装置；4_右后拍翼装置；5_左前拍翼装置；
6-右前拍翼装置；7-起落架。
[0015]在图中标明的属于左后拍翼装置3的组成部分的有:31_电机，32-主轴，33-摆臂，34-翼轴，35-翼片，351-翼片的前缘，352-翼片的后缘，36-定同步轮，361-定同步轮的端头，37-同步带，38-动同步轮。
[0016]图1和图4中，341表示左后拍翼装置3扑动时其翼轴34可能的最长运动轨迹。
【具体实施方式】
[0017]现结合附图1~4对本发明加以具体说明:一种四翼片平拍扑翼飞行器，包括机身
1、垂直尾翼2、左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5、右前拍翼装置6和起落架7。机身I内配有操控系统、机载设备和电源设备，该飞行器飞行姿态由操控系统操纵，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备，采用锂电池为操控系统、机载设备和所有电机供电。配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备，采用自动导航自主驾驶方式或遥控方式飞行。左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6结构和参数相同两两对称布置于机身I的左右两侧。垂直尾翼2由前段的固定部分即垂直安定面21和后段的活动部分即方向舵22组成。方向舵22在操控系统的操控下左右偏转，能使该飞行器向左或向右偏航。起落架7采用轮式起落架。为了结构紧凑且方便左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6能灵活上下扑动，在机身I的左右两侧的后前位置分别设置了左后缺口 11、右后缺口 12、左前缺口 13和右前缺口 14。
[0018]左后拍翼装置3的结构是:包括电机31、主轴32、摆臂33、翼轴34、翼片35、定同步轮36、同步带37和动同步轮38。翼片35是非刚性的，翼片35前缘浑圆厚实，翼片后缘尖细，靠近前缘的部分较硬，靠近后缘的部分较软。翼片35平面形状呈矩形，翼片35的翼型采用上凸下凹型或上凸下平型。翼片35水平布置，翼轴34的后端垂直固连于翼片35的前缘中部位置，翼轴34水平布置且与主轴32平行。主轴32纵向水平布置，主轴32的前段穿过定同步轮36的中心孔后通过轴承与机身I相连，主轴32的前端与电机31的输出轴相连，若电机31采用高速电机，则电机31通过减速后再与主轴32相连，主轴32的后端通过轴承与机身I相连。定同步轮36通过定同步轮的端头361与机身I固连于机身I的左后缺口 11内，定同步轮36与主轴32同高同轴。摆臂33的一端与主轴32的中段垂直固连于机身I的左后缺口 11内，摆臂33的另一端通过轴承与翼轴34垂直相连于翼轴34的中段。动同步轮38固连在翼轴34的前端，动同步轮38和定同步轮36通过同步带37相连，定同步轮36与动同步轮38的传动比为1:1。同步带37运动平面与主轴32垂直。电机31固定安装在机身I的机架上，操控系统能对电机31的转速、转向和转角范围进行控制。
[0019]从该发明飞行器的尾端往前端看，左后拍翼装置3的工作原理是:下扑过程:假设起始位置是翼片35处于较高位置，在操控系统的控制下，启动电机31逆时针转动，在电机31的驱动下，主轴32逆时针转动，带动摆臂33逆时针转动，定同步轮36固定不动，由于定同步轮36与动同步轮38的传动比为1: 1，同步带37带动动同步轮38顺时针自转，保持翼片的前缘351处于水平位置下拍，沿翼展方向翼片35相同弦长位置下拍的位移相同，实现向下平拍。由于翼片35是非刚性的，有一定的柔度和弹性，翼片35下拍时翼片的后缘352要滞后翼片的前缘351 —些。由于翼片35的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，翼片35下拍产生较大的向上的升力和较小的向前的推力。上扑过程是:从翼片35处于较低位置开始，操控系统控制电机31反转，在电机31的驱动下，主轴32顺时针转动，带动摆臂33顺时针转动，定同步轮36固定不动，由于定同步轮36与动同步轮38的传动比为1: 1，同步带37带动动同步轮38逆时针自转，保持翼片的前缘351处于水平位置上拍，沿翼展方向翼片35相同弦长位置上拍的位移相同，实现向上平拍。由于翼片35是非刚性的，有一定的柔度和弹性，翼片35上拍时翼片的后缘352也会滞后翼片的前缘351。由于翼片35的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，与下拍相比，翼片的后缘352滞后翼片的前缘351的程度大一些。上拍翼片35产生较大的向前的推力和较小的向上的升力或不产生升力，上拍过程产生升力的大小与该飞行器前飞的速度有关，前飞的速度越快产生的升力越大。翼片35拍动的快慢和角度范围是通过控制电机31的转速、转向和转角进行调节的，拍动的范围在O。至180°之间。若上扑使摆臂33转至主轴32正上方处于竖直位置，下扑使摆臂33转至主轴32正下方处于竖直位置，则扑动的范围为180°。
[0020]左前拍翼装置5的工作原理与左后拍翼装置3的工作原理相同，扑动的方向相同。
[0021]右后拍翼装置4的工作原理与左后拍翼装置3的工作原理相同，扑动的方向是对称的。从该发明飞行器的尾端往前端看，右后拍翼装置4的主轴顺时针转动，其翼片下拍；右后拍翼装置4的主轴逆时针转动，其翼片上拍。
[0022]右前拍翼装置6的工作原理与右后拍翼装置4的工作原理相同，扑动的方向相同。
[0023]左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6的翼片在上下拍动的过程中都不会在横向产生水平分力，效率较高。
[0024]载荷较重时，左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6中的同步带传动方式同时更换成链传动方式，传动比不变。
[0025]左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6独立分开控制，它们的电机都采用伺服电机，控制比较方便，尤其方便控制它们的扑动角度范围及扑动速度，使该飞行器飞行更加机动灵活。
[0026]机身I内配有摄像机及信息处理系统，能进行航拍，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。机上和地面配置匹配的遥控设备该飞行器能实现遥控飞行。
[0027]该飞行器采用手投方式起飞或采用跑道滑行方式起飞；左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6这四个拍翼装置的拍动频率和拍动角度范围由操控系统控制调节，实现控制调节它们的四个翼片产业的空气动力的大小和方向，结合对垂直尾翼2的控制，从而实现前飞、俯仰、转弯等不同的飞行姿态；将左后拍翼装置3、右后拍翼装置4、左前拍翼装置5和右前拍翼装置6的四个翼片锁定在同高的过飞行器的重心的水平位置或高于过飞行器重心的水平位置，方便该飞行器滑翔或降落。
[0028]本发明一种四翼片平拍扑翼飞行器可用于航拍、地理测量、交通执勤、农林作业、军事侦查和抢险救灾等多种任务。
【权利要求】
1.一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:它包括机身(1)、垂直尾翼(2)、左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)、右前拍翼装置(6)和起落架(7);机身(I)内配有操控系统、机载设备和电源设备；配置了自动导航自主驾驶装置或遥控设备；左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)和右前拍翼装置(6)结构和参数相同两两对称布置于机身(I)的左右两侧；垂直尾翼(2)由前段的固定部分即垂直安定面(21)和后段的活动部分即方向舵(22)组成；机身(I)的左右两侧的后前位置分别设置了左后缺口(11)、右后缺口(12)、左前缺口(13)和右前缺口(14);左后拍翼装置(3)包括电机(31)、主轴(32)、摆臂(33)、翼轴(34)、翼片(35)、定同步轮(36)、同步带(37)和动同步轮(38);翼片(35)是非刚性的，翼片(35)前缘浑圆厚实，翼片(35)后缘尖细，靠近前缘的部分较硬，靠近后缘的部分较软；翼片(35)水平布置，翼轴(34)的后端垂直固连于翼片(35)的前缘中部位置，翼轴(34)水平布置且与主轴(32)平行；主轴(32)纵向水平布置，主轴(32)的前段穿过定同步轮(36)的中心孔后通过轴承与机身(I)相连，主轴(32)的前端与电机(31)的输出轴相连，主轴(32)的后端通过轴承与机身(I)相连；定同步轮(36)通过定同步轮的端头(361)与机身(I)固连于机身(I)的左后缺口(11)内，定同步轮(36)与主轴(32)同高同轴；摆臂(33)的一端与主轴(32)的中段垂直固连于机身(I)的左后缺口(11)内，摆臂(33)的另一端通过轴承与翼轴(34)垂直相连于翼轴(34)的中段；动同步轮(38)固连在翼轴(34)的前端，动同步轮(38)和定同步轮(36)通过同步带(37)相连，定同步轮(36)与动同步轮(38)的传动比为1:1 ;同步带(37)运动平面与主轴(32)垂直；电机(31)固定安装在机身(I)的机架上，操控系统能对电机(31)的转速、转向和转角范围进行控制；左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)和右前拍翼装置(6)的工作原理相同。
2.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)和右前拍翼装置(6)的翼片平面形状呈矩形，翼型采用上凸下凹型或上凸下平型。
3.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)和右前拍翼装置(6)独立分开控制。
4.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)和右前拍翼装置(6)的电机都采用伺服电机。
5.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:机身(I)内配有摄像机及信息处理系统，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。
6.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:机上和地面配置匹配的遥控设备。
7.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:翼片(35)拍动的范围在0°至180°之间。
8.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:起落架(7)采用轮式起落架。
9.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:电机采用高速电机时，电机通过减速后再与相对应的主轴相连。
10.根据权利要求1所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:左后拍翼装置(3)、右后拍翼装置(4)、左前拍翼装置(5)和右前拍翼装置(6)中的同步带传动或者采用链传动，传动比不变。
11.根据权利要求1或9或10所述的一种四翼片平拍扑翼飞行器，其特征在于:该飞行器采用手投方式起飞或采用跑道滑行方式起飞。
【文档编号】B64C33/02GK104477388SQ201410769872
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】王志成 申请人:佛山市神风航空科技有限公司