一种自由半转式扑旋翼装置的制作方法

[0001]
本发明涉及飞行器技术领域，更具体的说是涉及一种自由半转式扑旋翼装置。


背景技术：

[0002]
扑翼飞行器是模仿昆虫或鸟类拍翅运动而设计的飞行装置，扑翼飞行器主要依靠叶片拍动而产生升力，能够为飞行器提供较大的升力，扑翼飞行器具有垂直起降、悬停、各向运动等功能，相对于固定翼和旋翼飞行器，扑翼飞行器具有结构简单、质量轻、成本低、效率高等诸多优点。如果能将扑翼飞行技术和旋翼飞行技术结合起来，则不仅能够具备旋翼飞行器和直升机具有的垂直升空和空中悬停等优点，还能够实现飞行器在飞行过程中耗能少、易于控制、飞行成本低廉等优点。
[0003]
近年来虽然出现了一些将扑翼和旋翼结合起来的技术，即通过利用扑翼的柔性变形，使扑翼拍动时产生向上的升力和向前的推力，同时反对称的推力形成力偶，带动扑翼做自驱旋转，而且通过旋转产生的周向运动速度又能增加升力，从而达到为整体增升的目的，但是经实验发现，目前的扑旋翼装置并不能为飞行器提供足够的升力，升力与结构重量之比很低，未达到可以正常起飞的能力。由此可见，现有的扑旋翼装置往往存在结构复杂、机体笨重、稳定性差、制造设计困难且成本昂贵等缺点，这些技术缺陷极大地限制了扑旋翼装置的长足发展。
[0004]
因此，提供一种设计合理，结构简单，易于操作，能为飞行器稳定提供较大升力的自由半转式扑旋翼装置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，提供了一种设计合理，结构简单，易于操作，能为飞行器稳定提供较大升力的自由半转式扑旋翼装置。
[0006]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自由半转式扑旋翼装置，包括：支撑组件，所述支撑组件设于机身侧壁上，并与所述机身固定连接；转动组件，所述转动组件包括公转主轴、转臂和自转主轴，所述公转主轴穿过所述支撑组件并与所述支撑组件转动连接；所述公转主轴与所述转臂的一端垂直且固定连接，所述自转主轴穿过所述转臂的另一端且与所述转臂垂直且转动连接，且所述公转主轴与所述自转主轴的轴线平行布置；驱动组件，所述驱动组件设于所述支撑组件上，并与所述支撑组件固定连接，且所述驱动组件与所述公转主轴传动连接；转动轮组件，所述转动轮组件包括第一转动轮和第二转动轮，所述第一转动轮通过连接件与所述支撑组件固定连接，所述公转主轴穿过所述第一转动轮的圆心与所述第一转动轮转动连接；所述第二转动轮设于所述自转主轴一端，且所述自转主轴与所述第二转动轮同心布置且固定连接；所述第一转动轮和所述第二转动轮平行布置且通过链条连接，且所
述第一转动轮和所述第二转动轮的内径比为1:2；旋翼组件，所述旋翼组件包括中心轴、轴承、转动盘和翼片，所述中心轴的一端垂直且固定连接在所述自转主轴上，所述轴承转动连接在所述中心轴上，所述转动盘固定连接在所述轴承的圆周侧壁上，所述翼片的一端设于所述转动盘的圆周面上，并与所述转动盘固定连接，所述翼片为上翼面和下翼面均呈弧形的双凸对称翼型，且所述翼片的前缘浑圆，后缘尖薄。
[0007]
经由上述的技术方案可知，与现有技术方案相比，本发明公开提供了一种自由半转式扑旋翼装置，通过利用驱动组件带动转动组件进行旋转，能够实现该扑旋翼装置的公转主轴带动转臂和自转主轴进行公转，由于第一转动轮固定在支撑组件上，第二转动轮与自转主轴同轴布置且固定连接，且第一转动轮和第二转动轮通过链条连接，从而能够实现该装置在公转的过程中，第二转动轮能够带动自转主轴进行自转，而且由于第一转动轮与第二转转动轮的内径比为1:2，从而实现了自转主轴在围绕公转主轴公转360
°
时，能够自转180
°
，即实现了该扑旋翼装置的自由半转式运行。本发明的一种自由半转式扑旋翼装置，不仅设计合理，结构简单，易于操作，方便控制，而且在该扑旋翼装置的公转和自转过程中，能够为飞行器稳定提供较大的升力，从而实现飞行器的平稳起飞和空中悬停。
[0008]
进一步的，所述支撑组件为支撑架，所述支撑架成组布置，每组所述支撑架包括两个所述支撑架，且两个所述支撑架之间形成一定距离且两个所述支撑架的轴线平行布置，所述公转主轴的两端分别穿过两个所述支撑架并与两个所述支撑架垂直且转动连接；所述转臂、所述自转主轴、所述旋翼组件、所述第一转动轮和所述第二转动轮均位于两个所述支撑架之间，且所述转臂的长度小于所述支撑架的长度。
[0009]
采用上述技术方案产生的有益效果是，有效提高了该装置的结构稳定性，同时保证了该装置上旋翼组件的转动。
[0010]
进一步的，所述支撑架为两组及以上，两组及以上所述支撑架对称布置在飞行器机身两侧。
[0011]
采用上述技术方案产生的有益效果是，不仅保证了飞行器机身的稳定性，同时也为飞行器起飞和空中悬停提供了较大的升力。
[0012]
进一步的，还包括传动组件，所述传动组件包括主动轮和从动轮，所述驱动组件为驱动电机，所述驱动电机的输出端与所述主动轮传动连接，所述主动轮和所述从动轮啮合，所述从动轮设于所述公转主轴的一端，并与所述公转主轴同心布置且固定连接。
[0013]
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够起到在驱动电机和公转主轴之间匹配转速和传递转矩的作用，从而在降低驱动电机输出轴转速的同时提高输出扭矩。
[0014]
进一步的，所述转臂为一个及以上，且一个及以上所述转臂在同一圆周面上均匀布置，与一个及以上所述转臂对应布置的所述第一转动轮、所述第二转动轮、所述自转主轴和所述旋翼组件均为一个及以上。
[0015]
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够为飞行器持续提供稳定、较大的升力。
[0016]
进一步的，所述转臂为三个，三个所述转臂均匀布置在同一圆周面上，且任意相邻两个所述转臂之间的夹角为120
°
。
[0017]
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效提高驱动电机的传动效率，减少不必要的能量消耗，同时为飞行器提供持续、稳定、较大的升力。
[0018]
进一步的，所述第一转动轮和所述第二转动轮为链轮、伞齿轮和同步轮中的一种。
[0019]
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效实现该扑旋翼装置的自由半转式运动，同时还提高了该装置在运行过程中的安全性。
[0020]
进一步的，所述翼片有多个，多个所述翼片均匀布置在所述转动盘的圆周面上，且多个所述翼片的前缘方向相同。
[0021]
进一步的，所述翼片采用的型号为naca0012翼型或naca0016翼型中的一种。
[0022]
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效保证翼片在连续转动的过程中持续产生较大的升力。
[0023]
进一步的，每个所述旋翼组件包括两个同轴布置的所述转动盘，两个所述转动盘上均设有翼片，且上层所述转动盘上的所述翼片前缘方向与下层所述转动盘上的所述翼片前缘方向相反。
[0024]
采用上述技术方案产生的有益效果是，双层旋翼的设计不仅使得该旋翼组件的结构更加紧凑，还使得旋翼组件在双层翼片的转动作用下能够受到更大的升力，同时，双层翼片中前缘方向相反的设置使得翼片在转动过程中能够抵消由于翼片转动而作用于中心轴上的扭力。
[0025]
进一步的，还包括旋翼框架，所述旋翼框架设于所述自转主轴上并与所述自转主轴固定连接，所述旋翼框架位于所述旋翼组件外部，用于防护所述旋翼组件免受气流较大冲击力。
[0026]
采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效防护旋翼组件免受气流冲击，从而延长旋翼组件的使用寿命，进而提高该装置运行过程中的安全性。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0028]
图1附图为本发明提供的一种自由半转式扑旋翼装置的结构示意图；图2附图为本发明提供的一种自由半转式扑旋翼装置的运行轨迹图；图3附图为本发明提供的一种自由半转式扑旋翼装置转臂为三个时的示意图；图4附图为本发明提供的一种自由半转式扑旋翼装置中旋翼组件的结构示意图；图5附图为本发明提供的一种自由半转式扑旋翼装置中具有双层翼片的旋翼组件的结构示意图。
[0029]
其中：1-支撑组件，2-转动组件，21-公转主轴，22-转臂，23-自转主轴，3-驱动组件，4-转动轮组件，41-第一转动轮，42-第二转动轮，5-旋翼组件，51-中心轴，52-轴承，53-转动盘，54-翼片，6-传动组件，61-主动轮，62-从动轮，7-旋翼框架，8-机身。
具体实施方式
[0030]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0031]
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。
[0032]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0033]
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。
[0034]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0035]
本发明公开了一种自由半转式扑旋翼装置，包括：支撑组件1，支撑组件1设于机身8侧壁上，并与机身8固定连接；转动组件2，转动组件2包括公转主轴21、转臂22和自转主轴23，公转主轴21穿过支撑组件1并与支撑组件1转动连接；公转主轴21与转臂22的一端垂直且固定连接，自转主轴23穿过转臂22的另一端且与转臂22垂直且转动连接，且公转主轴21与自转主轴23的轴线平行布置；驱动组件3，驱动组件3设于支撑组件1上，并与支撑组件1固定连接，且驱动组件3与公转主轴21传动连接；转动轮组件4，转动轮组件4包括第一转动轮41和第二转动轮42，第一转动轮41通过连接件与支撑组件1固定连接，公转主轴21穿过第一转动轮41的圆心与第一转动轮41转动连接；第二转动轮42设于自转主轴23一端，且自转主轴23与第二转动轮42同心布置且固定连接；第一转动轮41和第二转动轮42平行布置且通过链条连接，且第一转动轮41和第二转动轮42的内径比为1:2；旋翼组件5，旋翼组件5包括中心轴51、轴承52、转动盘53和翼片54，中心轴51的一端垂直且固定连接在自转主轴23上，轴承52转动连接在中心轴51上，转动盘53固定连接在轴承52的圆周侧壁上，翼片54的一端设于转动盘53的圆周面上，并与转动盘53固定连接，翼片54为上翼面和下翼面均呈弧形的双凸对称翼型，且翼片54的前缘较厚，后缘较薄。转动盘53可绕中心轴51自由转动。
[0036]
如图1所示，根据本发明的一个可选实施例，支撑组件1为支撑架，支撑架成组布置，每组支撑架包括两个支撑架，且两个支撑架之间形成一定距离且两个支撑架的轴线平行布置，公转主轴21的两端分别穿过两个支撑架并与两个支撑架垂直且转动连接；转臂22、
自转主轴23、旋翼组件5、第一转动轮41和第二转动轮42均位于两个支撑架之间，且转臂22的长度小于支撑架的长度，从而有效提高了该装置的结构稳定性，同时保证了该装置上旋翼组件的转动。
[0037]
根据本发明的一个可选实施例，支撑架为两组，两组支撑架对称布置在飞行器机身8两侧，从而不仅保证了飞行器机身8的稳定性，同时也为飞行器起飞和空中悬停提供了较大的升力。
[0038]
如图1所示，根据本发明的一个可选实施例，还包括传动组件6，传动组件6包括主动轮61和从动轮62，驱动组件3为驱动电机，驱动电机的输出端与主动轮61传动连接，主动轮61和从动轮62啮合，从动轮62设于公转主轴21的一端，并与公转主轴21同心布置且固定连接，从而能够起到在驱动电机和公转主轴之间匹配转速和传递转矩的作用，在降低驱动电机输出轴转速的同时提高了输出扭矩。
[0039]
如图1所示，根据本发明的一个可选实施例，转臂22为两个，且两个转臂22在同一圆周面上均匀布置，与两个转臂22对应布置的第一转动轮41、第二转动轮42、自转主轴23和旋翼组件5均为两个，从而能够为飞行器持续提供稳定、较大的升力。
[0040]
如图3所示，根据本发明的一个可选实施例，转臂22为三个，三个转臂22均匀布置在同一圆周面上，且任意相邻两个转臂22之间的夹角为120
°
，从而能够有效提高驱动电机的传动效率，减少不必要的能量消耗，同时为飞行器提供持续、稳定、较大的升力。
[0041]
根据本发明的一个可选实施例，第一转动轮41和第二转动轮42均为链轮，从而能够有效实现该扑旋翼装置的自由半转式运动，同时还提高了该装置在运行过程中的安全性。
[0042]
如图4所示，根据本发明的一个可选实施例，翼片54有三个，三个翼片54均匀布置在转动盘53的圆周面上，且三个翼片54的前缘方向相同；具体地，翼片54采用的型号为naca0012翼型，从而能够有效保证翼片在连续转动的过程中持续产生较大的升力。
[0043]
如图5所示，根据本发明的一个可选实施例，每个旋翼组件5包括两个同轴布置的转动盘53，两个转动盘53上均设有翼片54，且上层转动盘53上的翼片54前缘方向与下层转动盘53上的翼片54前缘方向相反，双层旋翼的设计不仅使得该旋翼组件的结构更加紧凑，还使得旋翼组件在双层翼片的转动作用下能够受到更大的升力，同时，双层翼片中前缘方向相反的设置使得翼片在转动过程中能够抵消由于翼片转动而作用于中心轴上的扭力。
[0044]
如图1和图3所示，根据本发明的一个可选实施例，还包括旋翼框架7，旋翼框架7设于自转主轴23上并与自转主轴23固定连接，旋翼框架7位于旋翼组件5外部，用于防护旋翼组件5免受气流较大冲击力，从而能够有效延长旋翼组件的使用寿命，进而提高该装置运行过程中的安全性。
[0045]
如图2所示，本发明的一种自由半转式扑旋翼装置的运行过程如下：首先，启动驱动电机，驱动电机驱动主动轮和从动轮转动，进而带动公转主轴进行旋转，公转主轴的旋转带动转臂转动，转臂带动自转主轴绕公转主轴进行公转；由于第一转动轮固定在支撑架上，第二转动轮与自转主轴同心布置且固定连接，第一转动轮和第二转动轮通过链条连接，则在自转主轴公转的过程中，第二转动轮随着自转主轴转动；由于第一转动轮固定在支撑架上始终保持不转动，则为了维持该装置进行正常公转，链轮带动第二转动轮随着自转主轴的公转而自转，进而实现自转主轴在绕公转主轴进行公转的同时进行自转；其次，由于第一
转动轮和第二转动轮的内径比为1:2，则公转主轴在转动360
°
时，自转主轴仅转动了180
°
，进而实现了该装置的半转。该装置转臂在下行转动过程中，装置中旋翼组件的翼片在与空气相对运动的作用下会自由转动，翼片的转动面与水平面夹角在0
°
附近变化，从而使得该装置在转臂下行过程中产生较大的升力；该装置转臂在上行转动过程中，装置中旋翼组件的翼片转动面与水平面垂直或接近于垂直，从而使得该装置在转臂上行过程中产生较小的阻力；由于该装置转臂在下行过程中产生的升力远远大于上行过程中产生的阻力，进而可以为飞行器起飞或在空中悬停持续提供稳定、较大的升力。
[0046]
本发明的一种自由半转式扑旋翼装置，通过利用驱动组件带动转动组件进行旋转，能够实现该扑旋翼装置的公转主轴带动转臂和自转主轴进行公转，由于第一转动轮固定在支撑组件上，第二转动轮与自转主轴同轴布置且固定连接，且第一转动轮和第二转动轮通过链条连接，从而能够实现该装置在公转的过程中，第二转动轮能够带动自转主轴进行自转，而且由于第一转动轮与第二转转动轮的内径比为1:2，从而实现了自转主轴在围绕公转主轴公转360
°
时，能够自转180
°
，即实现了该扑旋翼装置的自由半转式运行。本发明的一种自由半转式扑旋翼装置，不仅设计合理，结构简单，易于操作，方便控制，而且在该扑旋翼装置的公转和自转过程中，能够为飞行器稳定提供较大的升力，从而实现飞行器的平稳起飞和空中悬停。
[0047]
旋翼组件5中的翼片54数量较少时，为了使装置中旋翼组件5的翼片54转动的效果更好，旋翼组件5中还包括预旋装置，预旋装置的一种结构和控制形式是：由电池供能给电机，电机输出通过离合器与旋翼组件5中的转动盘53相连，用遥控的方式预先让转动盘53转动起来，当整个扑旋翼装置正常运行后预旋装置停止工作。预旋装置的作用是使翼片预先转动起来，作用类似于自转旋翼机的预旋系统。
[0048]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。