一种双旋翼能上下运动的飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及飞行器设计及制造技术领域，更具体的说是涉及扑翼与旋翼相结合的飞行器。


背景技术：

2.飞行器按飞行特点可分为三类：固定翼、旋翼和扑翼。
3.固定翼飞行器的特点是结构简单，固定翼技术积累比较成熟，但是由于这类飞行器需要具有一定的飞行速度才能产生升力，并且由于尺寸的限制使得这一飞行速度较大，无法悬停和垂直起降，限制了固定翼飞行器的应用范围。
4.旋翼飞行器的特点是能够垂直起降和悬停，这一特点大大扩展了此种飞行器在军事和民用领域内的应用，然而，由于旋翼系统的结构复杂，尤其在整体尺寸很小时这一缺点更加明显，而且此种情况下旋翼飞行器的气动效率很低，飞行稳定性和抗干扰性能较差，这对旋翼飞行器的制造及应用产生了较大影响。
5.扑翼飞行器是采用仿自然界飞行生物产生气动力的原理而形成的一种仿生飞行器，它的特点在于可以利用理想的仿生效果通过尾迹气流捕获等升力机制得到较高升力，节省能量，并且在小尺寸情况下的气动效率比固定翼及旋翼飞行器要高，但是由于目前的仿生以及mems技术成熟度不能达到理想的仿生效果，因此现有的扑翼飞行器尽管可以较好地实现飞行(如aerovironment公司研制的超级蜂鸟)，但有效载荷很低，或者为了达到提升有效载荷的目的不得不采取较大尺寸的构型，这些缺点使得扑翼飞行器在需要较大有效载荷的实际应用上受到了很大制约。
6.因此，如何在现有技术条件下，能够实现悬停、垂直起降并且具有较大有效载荷是飞行器是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供了一种双旋翼能上下运动的飞行器，旨在解决上述至少一项问题。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.一种双旋翼能上下运动的飞行器，包括：
10.飞行器本体；
11.转轴；所述转轴竖直布置，且底端与所述飞行器本体的顶端转动连接；
12.旋翼；所述旋翼分为两组，在所述转轴上上下布置两层，每组的所述旋翼的数量为两根，且一端与所述转轴固定连接，每组的两根所述旋翼在同一条直线上对称布置；
13.扑翼；所述扑翼的一端与所述旋翼的自由端铰接；
14.驱动组件；所述驱动组件连接在所述旋翼和所述扑翼之间，且用于驱动所述扑翼绕所述旋翼做扇动运动。
15.通过上述技术方案，本实用新型提供了一种将旋翼与扑翼相结合的飞行器，且采
用双层旋翼结构，实现大升力效果；扑翼旋翼耦合构型提高了扑翼气动效率，旋翼可以起到原有作用，产生较大升力，可以增加飞行器载荷；扑翼旋翼耦合构型理论上是一种自驱旋转，不需要多余的装置平衡扭矩，有利于精简结构，减轻结构重量并减少能量消耗；同时，飞行器能够实现垂直起降、悬停，通过适当的控制能够实现平飞，扩展了飞行器的应用范围；而且，飞行器结合了扑翼与旋翼的特点，增强飞行稳定性，并能够在一定程度上提升发生故障时的安全性。
16.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述驱动组件包括竖杆、传动轴、曲轴、连杆、电机和传动副；所述竖杆的数量为两根，且顶端分别固定在所述旋翼与所述扑翼的铰接端的侧壁上；所述传动轴的两端与两根所述竖杆的底端转动连接；所述曲轴的一端与所述传动轴的端头固定连接；所述连杆一端与所述曲轴的另一端铰接，所述连杆的另一端与所述扑翼和所述旋翼的铰接端的侧壁铰接；所述电机固定在所述旋翼的底部；所述传动副连接在所述电机的动力输出端和所述传动轴之间，且用于将所述电机的动力传递至所述传动轴。通过驱动组件的配合运动，采用了曲轴连杆结构实现扑翼的运动，结构简单，操控方便。
17.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述传动副包括联轴器、主动齿轮和从动齿轮；所述联轴器与所述电机的动力输出端连接；所述主动齿轮与所述联轴器的另一端固定连接；所述从动齿轮固套在所述传动轴上，且与所述主动齿轮啮合。采用齿轮传动能够有效提高传动的结构稳定性。
18.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述主动齿轮的直径大于所述从动齿轮的直径。能够起到加速作用。
19.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述转轴包括外轴和内轴；所述外轴底端与所述飞行器本体转动连接，且顶端与下层的两根所述旋翼固定连接；所述内轴转动套装在所述外轴内部，所述内轴的顶端凸出所述外轴，且与上层的两根所述旋翼固定连接。能够保证上下两层旋翼的转动之间互不干扰，各自实现自身的转动效果，能够通过控制上下层旋翼的转速进行不同的行为操控。
20.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述旋翼与所述转轴的安装角在4
°ꢀ‑8°
之间。能够有效提高旋转升力。
21.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述扑翼在初始状态与所述转轴的安装角在0
‑
10
°
之间。能够有效提高旋转升力。
22.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述扑翼的上下扇动角度为
±
30
°
。能够有效提高扑翼的驱动效果，给旋翼的旋转带来动力。
23.优选的，在上述一种双旋翼能上下运动的飞行器中，所述转轴通过轴承与所述飞行器本体转动连接。连接结构的稳定性更强。
24.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种双旋翼能上下运动的飞行器，具有以下有益效果：
25.1、采用双层旋翼结构，实现大升力效果；
26.2、扑翼旋翼耦合构型提高了扑翼气动效率，旋翼可以起到原有作用，产生较大升力，可以增加飞行器载荷；
27.3、扑翼旋翼耦合构型理论上是一种自驱旋转，不需要多余的装置平衡扭矩，有利
于精简结构，减轻结构重量并减少能量消耗；
28.4、飞行器能够实现垂直起降、悬停，通过适当的控制能够实现平飞，扩展了飞行器的应用范围；
29.5、飞行器结合了扑翼与旋翼的特点，增强飞行稳定性，并能够在一定程度上提升发生故障时的安全性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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。
31.图1附图为本实用新型提供的整体结构示意图；
32.图2附图为本实用新型提供的驱动组件的结构示意图。
33.其中：
[0034]1‑
飞行器本体；
[0035]2‑
转轴；
[0036]
21
‑
外轴；
[0037]
22
‑
内轴；
[0038]3‑
旋翼；
[0039]4‑
扑翼；
[0040]5‑
驱动组件；
[0041]
51
‑
竖杆；
[0042]
52
‑
传动轴；
[0043]
53
‑
曲轴；
[0044]
54
‑
连杆；
[0045]
55
‑
电机；
[0046]
56
‑
传动副；
[0047]
561
‑
联轴器；
[0048]
562
‑
主动齿轮；
[0049]
563
‑
从动齿轮。
具体实施方式
[0050]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0051]
参见附图1和附图2，本实用新型实施例公开了一种双旋翼能上下运动的飞行器，包括：
[0052]
飞行器本体1；
[0053]
转轴2；转轴2竖直布置，且底端与飞行器本体1的顶端转动连接；
[0054]
旋翼3；旋翼3分为两组，在转轴2上上下布置两层，每组的旋翼3的数量为两根，且一端与转轴2固定连接，每组的两根旋翼3在同一条直线上对称布置；
[0055]
扑翼4；扑翼4的一端与旋翼3的自由端铰接；
[0056]
驱动组件5；驱动组件5连接在旋翼3和扑翼4之间，且用于驱动扑翼4绕旋翼3做扇动运动。
[0057]
为了进一步优化上述技术方案，驱动组件5包括竖杆51、传动轴52、曲轴53、连杆54、电机55和传动副56；竖杆51的数量为两根，且顶端分别固定在旋翼3与扑翼4的铰接端的侧壁上；传动轴52的两端与两根竖杆51的底端转动连接；曲轴53的一端与传动轴52的端头固定连接；连杆54一端与曲轴53的另一端铰接，连杆54的另一端与扑翼4和旋翼3的铰接端的侧壁铰接；电机55固定在旋翼3的底部；传动副56连接在电机55的动力输出端和传动轴52之间，且用于将电机55的动力传递至传动轴52。
[0058]
为了进一步优化上述技术方案，传动副56包括联轴器561、主动齿轮562和从动齿轮563；联轴器561与电机55的动力输出端连接；主动齿轮562与联轴器561的另一端固定连接；从动齿轮563固套在传动轴52上，且与主动齿轮562啮合。
[0059]
为了进一步优化上述技术方案，主动齿轮562的直径大于从动齿轮563的直径。
[0060]
为了进一步优化上述技术方案，转轴2包括外轴21和内轴22；外轴21底端与飞行器本体1转动连接，且顶端与下层的两根旋翼3固定连接；内轴22转动套装在外轴21内部，内轴22的顶端凸出外轴21，且与上层的两根旋翼3固定连接。
[0061]
为了进一步优化上述技术方案，旋翼3与转轴2的安装角在4
°‑8°
之间。
[0062]
为了进一步优化上述技术方案，扑翼4在初始状态与转轴2的安装角在0
‑
10
°
之间。
[0063]
为了进一步优化上述技术方案，扑翼4的上下扇动角度为
±
30
°
。
[0064]
为了进一步优化上述技术方案，转轴2通过轴承与飞行器本体1转动连接。
[0065]
本实用新型的飞行原理为：
[0066]
首先将扑翼4、旋翼3、转轴2和驱动组件5装配成一体，本实用新型的飞行器产生升力的原理相当于在旋翼3的基础上增加扑翼4提供升力，电机55驱动主动齿轮562转动，主动齿轮562带动从动齿轮563转动，从动齿轮563带动传动轴52转动，传动轴52在转动的过程中带动曲轴53和连杆54做曲柄连杆动作，实现对扑翼4的扇动，传动轴52每旋转一周，扑翼4上下扇动一次，扑翼4扇动产生对称升力和反对称推力，反对称推力形成力偶驱动旋翼3旋转，能够产生较大升力。
[0067]
通过外轴21和内轴22的配合，能够实现双层旋翼各自的旋转动作，不仅能够提供更大的升力，同时能够通过控制上下层旋翼的转速进行不同的行为操控。
[0068]
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。
[0069]
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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因
此，本实用新型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。