一种无人类扑翼飞行器的制造方法
【专利摘要】一种无人类扑翼飞行器，属飞行器【技术领域】。它由机身、起落架、能源系统、操控系统、左旋转扑翼和右旋转扑翼组成。机身为框架结构，采用碳纤维复合材料；能源系统包括电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置；操控系统包括无线导航装置和舵机；左旋转扑翼和右旋转扑翼结构相同，轴对称于机身左右两侧。左旋转扑翼由左转臂、左转臂轴、左翼轴、左翼片、左弹簧和左挂钩组成；右旋转扑翼由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右弹簧和右挂钩组成。该飞行器可垂直升降和悬停。带上拍摄设备可用于航拍、地理测量、交通执勤、军事侦查和抢险救灾等多种任务。
【专利说明】一种无人类扑翼飞行器
【技术领域】
[0001] 一种无人类扑翼飞行器，属飞行器【技术领域】，尤其涉及一种类扑翼飞行器。
【背景技术】
[0002] 传统扑翼飞行器采用的升力装置是传统的扑翼机构，由曲轴连杆驱动，扑翼作上 下扑动产生推力，效率较低，结构复杂，对扑翼的疲劳强度要求较高，扑翼采用柔性的，较难 产生很大的推力，且很难垂直升降和空中悬停。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述传统飞行器的不足，本发明提供了一种无人类扑翼飞行器，翼片作 旋转扑动，能垂直升降和悬停。
[0004] 本发明采用的技术方案是：一种无人类扑翼飞行器由机身、起落架、能源系统、操 控系统、左旋转扑翼和右旋转扑翼组成。机身为框架结构，采用碳纤维复合材料；能源系统 包括电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置；操控系统包括无线导航装置和舵 机；左旋转扑翼和右旋转扑翼结构相同，它们关于过机体重心的铅垂线轴对称地分别布置 于机身的左右两侧在电机的驱动下等速反转提供推力；机体的重心在左转臂轴与右转臂轴 的连线的正下方。该飞行器可垂直升降和悬停。
[0005] 左旋转扑翼由左转臂、左转臂轴、左翼轴、左翼片、左弹簧和左挂钩组成；右旋转扑 翼由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右弹簧和右挂钩组成；左转臂轴和右转臂轴靠近且 同轴安装，分别与减速齿轮组中的两个对向从动轮连接，由电机驱动主动轮再带动该两个 对向从动轮反向同速转动，从而分别带动左转臂轴和右转臂轴等速反向转动，同时驱动左 旋转扑翼和右旋转扑翼旋转扑动。
[0006] 左旋转扑翼的具体结构是：左转臂轴的一端通过轴承与机身相连，左转臂的一端 与左转臂轴的另一端垂直固连，左转臂的另一端与左翼轴的一端垂直固连，左翼轴的另一 端通过轴承与左翼片相连；左转臂轴、左转臂和左翼轴处于同一平面内；左翼轴与左翼片 相连于接近左翼片的前缘处，左翼轴与左翼片的前缘平行，左翼片能绕左翼轴灵活转动，但 左翼轴不能相对左翼片作轴向直线运动；左翼片呈直角梯形，是刚性的，由碳纤维复合材料 制成；左弹簧的一端与左翼片固连于左翼片根部端面的弦线与后缘相交处，左弹簧在该端 面的弦线向后缘外的延长线上或附近并与左翼轴垂直，左弹簧的另一端与左挂钩相连；左 挂钩安装在机身上，在操控系统的操纵下左挂钩能绕左转臂轴转摆一定角度；左挂钩靠近 左翼轴的旋转圆周安装，但左挂钩与左转臂轴之间的距离大于左转臂长度、左翼片最大弦 长和左弹簧原始长度三者之和，以确保左翼片顺利旋转。
[0007] 左旋转扑翼的工作原理是：电机的动力经减速后传递给左转臂轴，左转臂轴转动 带动左转臂旋转，左转臂带动左翼轴旋转，在左翼轴的牵引下左翼片旋转扑动，由于左弹簧 和左挂钩的限制，左翼片旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内发生有规律的变化， 符合高升力机制，有利于产生推力。在一个周期内，左翼片下扑产生的效果远大于上扑，产 生推力的效率较高。推力的大小是通过改变左翼片的转速来实现的，转速越快推力越大；推 力的方向是通过改变左挂钩与左转臂轴的相对方位和高度来实现的。
[0008] 右旋转扑翼的具体结构与左旋转扑翼的具体结构相同，它们关于机体的过重心的 铅垂线对称并置于机身的左右两侧。右旋转扑翼的工作原理与左旋转扑翼的工作原理也相 同。右旋转扑翼与左旋转扑翼的转速相同但转向相反。由于左翼片和右翼片都作圆周转动， 对材料的疲劳强度要求不高。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明一种无人类扑翼飞行器的主视示意图；图2是图1的左视图。
[0010] 图中：1_机身；2-起落架；3-能源系统；4-操控系统；5-左旋转扑翼；51-左转 臂轴；52-左转臂；53-左翼片；54-左翼轴；55-左弹簧；56-左挂钩；6-右旋转扑翼。图2 中大的带箭头的虚线圆表示左翼轴54的旋转轨迹和转动方向。
【具体实施方式】
[0011] 现结合附图1和附图2举例对本发明加以说明：一种无人类扑翼飞行器由机身1、 起落架2、能源系统3、操控系统4、左旋转扑翼5和右旋转扑翼6组成。机身1为框架结构， 采用碳纤维复合材料；能源系统3包括电机、方便充电的锂电池、减速齿轮组及调速装置； 操控系统4包括无线导航装置和舵机；左旋转扑翼5和右旋转扑翼6结构相同，它们关于过 机体重心的铅垂线对称分别布置于机身1的左右两侧在电机的驱动下同速反转提供推力； 机体的重心在左转臂轴51与右转臂轴的连线的正下方。该飞行器可垂直升降和悬停。
[0012] 左旋转扑翼5由左转臂52、左转臂轴51、左翼轴54、左翼片53、左弹簧55和左挂 钩56组成；右旋转扑翼6由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右弹簧和右挂钩组成；左转 臂轴51和右转臂轴靠近同轴安装，分别与能源系统3的减速齿轮组中的两个对向从动轮连 接，由电机驱动主动轮带动该两个对向从动轮反相同速转动，从而分别带动左转臂轴51和 右转臂轴转动，同时驱动左旋转扑翼5和右旋转扑翼6旋转扑动。
[0013] 左旋转扑翼5的具体结构是：左转臂轴51的一端通过轴承与机身1相连，左转臂 52的一端与左转臂轴51的另一端垂直固连，左转臂52的另一端与左翼轴54的一端垂直固 连，左翼轴54的另一端通过轴承与左翼片53相连；左转臂轴51、左转臂52和左翼轴54处 于同一平面内；左翼轴54与左翼片53相连于接近左翼片53的前缘处，左翼轴54与左翼片 53的前缘平行，左翼片53能绕左翼轴54灵活转动；左翼片53呈直角梯形，是刚性的，由碳 纤维复合材料制成；左弹簧55的一端与左翼片53固连于左翼片53根部端面的弦线与后缘 相交处，左弹簧55的另一端通过左挂钩56与机身1相连，在操控系统的操纵下左挂钩能绕 左转臂轴转摆一定角度。
[0014] 起落架2采用滑橇式结构。
[0015] 左旋转扑翼5的工作原理是：电机的动力经减速后传递给左转臂轴51，左转臂轴 51转动带动左转臂52旋转，左转臂52带动左翼轴54旋转，在左翼轴54的牵引下左翼片 53旋转扑动，由于左弹簧55和左挂钩56的控制，左翼片53旋转时其攻角在一个工作周期 即旋转一圈内发生有规律的变化，符合高升力机制，有利于产生推力。在一个周期内，左翼 片53下扑产生的效果远大于上扑，产生推力的效率较高。推力的大小是通过改变左翼片53 的转速来实现的，转速越快推力越大；推力的方向是通过改变左挂钩56与左转臂轴51的相 对方位和高度来实现的。
[0016] 右旋转扑翼6的具体结构与左旋转扑翼5的具体结构相同，它们关于机体的过重 心的铅垂线对称并置于机身1的左右两侧。右旋转扑翼6的工作原理与左旋转扑翼5的工 作原理也相同。右旋转扑翼6与左旋转扑翼5的转速相同但转向相反。由于右旋转扑翼6 和左旋转扑翼5的结构对称性，驱动它们的从动轮也对称，挂钩的起始高度相同，所有转动 件的离心力自平衡，机身1两侧的气动力偶矩也相互平衡。因此，机身1两侧的左旋转扑翼 5和右旋转扑翼6能产生大小相等，方向平行，作用点对称于机身的定向推力。该发明一种 无人类扑翼飞行器在两侧升力的作用下能实现平稳垂直升降。由于左翼片53和右翼片都 作圆周转动，对材料的疲劳强度要求不高。
[0017] 下面就该发明一种无人类扑翼飞行器的飞行状态对该发明作进一步说明。
[0018] 起飞：起动电机，驱动左旋转扑翼5和右旋转扑翼6扑动，同时利用操控系统4使 左挂钩56和右挂钩处于同一高度位置，并使左旋转扑翼5和右旋转扑翼6产生的气动力的 合力坚直向上，当该合力大于机体重量时，该无人类扑翼飞行器垂直升空。
[0019] 前飞：起飞后，在操控系统4的操控下抬高左挂钩56同时同步降低右挂钩，适当提 高电机的转速，能使该飞行器向前飞行。
[0020] 后飞：在空中飞行时，在操控系统4的控制下抬高右挂钩同时同步降低左挂钩56， 适当提高电机的转速，能实现向后飞行。
[0021] 转弯飞行：在前飞时，在操控系统4的控制下小许抬高左挂钩56飞行器将向右转 弯；小许抬高右挂钩飞行器将向左转弯。
[0022] 悬停：在空中飞行时，同时利用操控系统4使左挂钩56和右挂钩处于同一高度位 置，调整好电机的转速，使左旋转扑翼5和右旋转扑翼6产生的气动力的合力向上，且等于 机体重量，通过微调消除飞行惯性后该飞行器将处于悬停位置。
[0023] 降落：将该飞行器调整至悬停位置后，慢慢降低电机的转速，该飞行器将缓缓垂直 降落。
[0024] 以上说明是在没有气流干扰的工况下作出的，如果有气流干扰的存在，则应根据 气流的方向和流速进行修偏。
[0025] 本发明一种无人类扑翼飞行器带上拍摄设备可用于航拍、地理测量、交通执勤、军 事侦查和抢险救灾等多种任务。
【权利要求】
1. 一种无人类扑翼飞行器，由机身（1)、起落架（2)、能源系统（3)、操控系统（4)、左旋 转扑翼（5)和右旋转扑翼（6)组成，其特征在于：能源系统（3)包括电机、方便充电的锂电 池、减速齿轮组及调速装置；操控系统（4)包括无线导航装置和舵机；左旋转扑翼（5)和右 旋转扑翼（6)结构相同，它们关于过机体重心的铅垂线轴对称地分别布置于机身（1)的左 右两侧在电机的驱动下等速反转提供推力；机体的重心在左转臂轴（51)与右转臂轴的连 线的正下方；左旋转扑翼（5)由左转臂（52)、左转臂轴（51)、左翼轴（54)、左翼片（53)、左 弹簧（55)和左挂钩（56)组成；右旋转扑翼（6)由右转臂、右转臂轴、右翼轴、右翼片、右弹 簧和右挂钩组成；左转臂轴（51)的一端通过轴承与机身（1)相连，左转臂（52)的一端与 左转臂轴（51)的另一端垂直固连，左转臂（52)的另一端与左翼轴（54)的一端垂直固连， 左翼轴（54)的另一端通过轴承与左翼片（53)相连；左转臂轴（51)、左转臂（52)和左翼轴 (54) 处于同一平面内；左翼轴（54)与左翼片（53)相连于接近左翼片（53)的前缘处，左翼 轴（54)与左翼片（53)的前缘平行，左翼片（53)能绕左翼轴（54)灵活转动；左弹簧（55) 的一端与左翼片（53)固连于左翼片（53)根部端面的弦线与后缘相交处，左弹簧（55)在该 端面的弦线向后缘外的延长线上或附近并与左翼轴（54)垂直，左弹簧（55)的另一端与左 挂钩（56)相连；左挂钩（56)安装在机身（1)上，在操控系统（4)的操纵下左挂钩（56)能 绕左转臂轴（51)转摆一定角度；左挂钩（56)靠近左翼轴（54)的旋转圆周安装，但左挂钩 (56)与左转臂轴（51)之间的距离大于左转臂（52)长度、左翼片（53)最大弦长和左弹簧 (55) 原始长度三者之和；左转臂轴（51)和右转臂轴靠近并同轴安装，分别与减速齿轮组中 的两个对向从动轮连接，由电机驱动主动轮再带动该两个对向从动轮反向同速转动，从而 分别带动左转臂轴（51)和右转臂轴等速反向转动，同时驱动左旋转扑翼（5)和右旋转扑翼 (6)旋转扑动。
2. 根据权利要求1所述的一种无人类扑翼飞行器，其特征在于：机身（1)为框架结构， 采用碳纤维复合材料。
3. 根据权利要求1所述的一种无人类扑翼飞行器，其特征在于：左翼片（53)和右翼片 均呈直角梯形，是刚性的，由碳纤维复合材料制成。
4. 根据权利要求1所述的一种无人类扑翼飞行器，其特征在于：起落架（2)采用滑橇 式结构。
【文档编号】B64C33/02GK203845008SQ201420282384
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】王志成 申请人:佛山市神风航空科技有限公司