一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置。主要包括外嚙合齒輪、內(nèi)嚙合齒圈、副連桿、副機翼骨架、弦連桿、導向套管、主機翼骨架、主連桿、導桿和曲柄；內(nèi)嚙合齒圈和外嚙合齒輪組成齒輪傳動機構(gòu)；主機翼骨架、副機翼骨架、主連桿、副連桿、導桿、弦連桿和導向套管組成機翼撲動機構(gòu)；其中主機翼骨架和副機翼骨架構(gòu)成機翼骨架；在電機的驅(qū)動下，主機翼骨架和副機翼骨架上下?lián)鋭由缮?。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，單個驅(qū)動機構(gòu)即可實現(xiàn)機翼的撲動和翼面積的變化；主機翼骨架和副機翼骨架的夾角變化范圍較大，機翼上揮時迎風面積和阻力較小，下?lián)鋾r迎風面積增加，生成升力大，轉(zhuǎn)向靈活，氣動效率和飛行效率高，可用作飛行器的升力生成裝置。
【專利說明】
一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于撲翼飛行器技術領域，尤其涉及一種仿鳥可改變翼面迎風面積的撲翼升力生成裝置。
【背景技術】
[0002]由于鳥類撲動的復雜性，仿鳥撲翼的升力生成裝置已經(jīng)成為非常重要的研究課題?，F(xiàn)有的大部分撲翼飛行器的升力生成裝置，只能實現(xiàn)機翼的簡單上下?lián)鋭?，如單曲柄雙搖桿機構(gòu)的撲翼裝置，升力小、氣動效率和飛行效率低。公知的雙節(jié)主翼仿生撲翼機有一對雙節(jié)撲翼上下?lián)鋭赢a(chǎn)生升力，齒輪驅(qū)動連桿帶動雙節(jié)機翼同時實現(xiàn)拍動和翼展面積的改變，上撲時阻力小，下?lián)鋾r翼展面積變大，升力大。但是其傳動機構(gòu)較復雜，翅膀中間關節(jié)的彎曲度數(shù)小，翼展面積變化小，飛行效率較低。
[0003]另一種可改變翼面積的微型撲翼飛行器機翼驅(qū)動機構(gòu)可以同時實現(xiàn)機翼揮動與翼面積變形的復雜運動，提高了氣動效率和飛行效率，但是撲翼往復運動角度不大，傳動結(jié)構(gòu)十分復雜，無法調(diào)節(jié)升力的方向，不能大型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有傳統(tǒng)撲翼飛行器升力生成裝置的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單翼面積可變的撲翼升力生成裝置。
[0005]本發(fā)明所提供的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置包括電機、機架和傳動機構(gòu)；
所述傳動機構(gòu)包括齒輪傳動機構(gòu)和機翼撲動機構(gòu)；
所述齒輪傳動機構(gòu)包括外嚙合齒輪I和內(nèi)嚙合齒圈2;
所述機翼撲動機構(gòu)包括主機翼骨架7、副機翼骨架4、主連桿8、副連桿3、導桿9、弦連桿5和導向套管6;其中主機翼骨架7和副機翼骨架4構(gòu)成機翼骨架;主機翼骨架7、副機翼骨架4、主連桿8、副連桿3、導桿9和弦連桿5位于齒輪傳動機構(gòu)軸向一側(cè)的同一平面內(nèi)，連接形成機翼撲動橫截面；
在電機的帶動下，外嚙合齒輪I繞內(nèi)嚙合齒圈2的軸線順時針公轉(zhuǎn)，同時外嚙合齒輪I以自身軸線為旋轉(zhuǎn)中心逆時針自轉(zhuǎn)；同時，驅(qū)動導桿9和弦連桿5分別通過主連桿8帶動主機翼骨架7、副連桿3帶動副機翼骨架4實現(xiàn)所述機翼骨架的上下?lián)鋭印?br>[0006]進一步限定的技術方案如下:
所述電機的輸出軸固定連接著曲柄10的一端，電機的輸出軸軸線與內(nèi)嗤合齒圈2的旋轉(zhuǎn)中心線共線，曲柄10的另一端與外嚙合齒輪I的旋轉(zhuǎn)中心通過滑動軸承相連，使外嚙合齒輪I在電機的驅(qū)動下以內(nèi)嚙合齒圈2的軸線為轉(zhuǎn)動中心公轉(zhuǎn);所述內(nèi)嚙合齒圈2固定在機架上;所述主機翼骨架7和副機翼骨架4均為桿狀，主機翼骨架7的一端和副機翼骨架4的一端通過鉸鏈連接組成機翼骨架;主機翼骨架7的另一端和機架的鉸接中心軸線、主連桿8和導桿9的鉸接中心軸線、導桿9和弦連桿5的鉸接中心軸線以及內(nèi)嚙合齒圈2的中心線相互平行且共面;在內(nèi)嚙合齒圈2約束條件下，外嚙合齒輪I在公轉(zhuǎn)的同時以自身的旋轉(zhuǎn)中心自轉(zhuǎn)。
[0007]所述內(nèi)嚙合齒圈2和外嚙合齒輪I的模數(shù)相等，齒數(shù)比為2:1。
[0008]所述主連桿8的一端活動鉸接著主機翼骨架7的中部，主連桿8的另一端活動鉸接著導桿9的一端，導桿9的另一端活動鉸接著弦連桿5的一端;所述副連桿3的一端活動鉸接著副機翼骨架4的中部，副連桿3的另一端活動鉸接著弦連桿5的另一端;導向套管6固定在機架上，且套設在導桿9上，對導桿9起限位作用；
導桿9和弦連桿5的活動鉸接端固定連接著內(nèi)嚙合齒圈2的軸向一側(cè)。
[0009]通過改變主機翼骨架7的另一端和機架活動鉸接的位置，實現(xiàn)改變所述機翼撲動橫截面的面積的大小，最終改變主機翼骨架7和副機翼骨架4生成升力方向和大小。
[0010]所述導桿9的長度大于內(nèi)嚙合齒圈2的外徑。
[0011]所述主機翼骨架7和副機翼骨架4的鉸接端之間的夾角為90°?180°。
[0012]本發(fā)明的科學原理:電機經(jīng)減速后將動力通過曲柄10傳遞給外嚙合齒輪1，外嚙合齒輪I通過導桿9、主連桿8和副連桿3分別將動力傳遞給主機翼骨架7和副機翼骨架4，帶動主機翼骨架7和副機翼骨架4上揮或下?lián)?，在一個撲動周期內(nèi)，下?lián)涞挠L面積、主機翼骨架7和副機翼骨架4的夾角分別遠大于上揮的迎風面積、主機翼骨架7和副機翼骨架4的夾角，符合高升力機制;通過調(diào)節(jié)主機翼骨架7的另一端與機架的鉸接中心到內(nèi)嚙合齒圈2的中心線的距離可改變升力的方向和上揮、下?lián)溆L面積差，轉(zhuǎn)向更加靈敏。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，加工制造成本低，單一的驅(qū)動可同時實現(xiàn)機翼上揮、下?lián)浜蜋C翼迎風面積的改變，使撲翼機更加像鳥一樣飛行；
2、機翼上揮時，主機翼骨架和副機翼骨架夾角越來越小，迎風面積迅速減小，空氣阻力小;機翼下?lián)鋾r，主機翼骨架和副機翼骨架夾角遠大于上揮時的夾角，迎風面積大，產(chǎn)生更大的升力，符合高升力機制，氣動效率和飛行效率高。
[0014]3、撲翼上揮和下?lián)涞耐鶑瓦\動角度變化較大，微調(diào)主機翼骨架和機架活動鉸接點距內(nèi)嚙合齒圈中心線的位置可實現(xiàn)撲翼機的轉(zhuǎn)向，機動性較好。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置的三維示意圖；
圖2為圖1的左視圖；
圖3為圖1的主視圖；
圖4為機翼骨架下?lián)鋾r最大迎風面積狀態(tài)示意圖；
圖5為機翼骨架上揮時最小迎風面積狀態(tài)示意圖。
[0016]上圖中序號:外嚙合齒輪1、內(nèi)嚙合齒圈2、副連桿3、副機翼骨架4、弦連桿5、導向套管6、主機翼骨架7、主連桿8、導桿9、曲柄1、主骨架銷軸11、弦連桿銷軸12。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。但本發(fā)明不局限于下述實施例。
[0018]參見圖1，一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置包括電機、機架和傳動機構(gòu);傳動機構(gòu)包括齒輪傳動機構(gòu)和機翼撲動機構(gòu)；齒輪傳動機構(gòu)包括外嗤合齒輪I和內(nèi)嗤合齒圈2，內(nèi)嚙合齒圈2和外嚙合齒輪I的模數(shù)相等，齒數(shù)比為2: I。
[0019]機翼撲動機構(gòu)包括主機翼骨架7、副機翼骨架4、主連桿8、副連桿3、導桿9、弦連桿5和導向套管6;其中主機翼骨架7和副機翼骨架4均為桿狀，主機翼骨架7的一端和副機翼骨架4的一端通過鉸鏈連接組成機翼骨架;主機翼骨架7、副機翼骨架4、主連桿8、副連桿3、導桿9和弦連桿5位于齒輪傳動機構(gòu)軸向一側(cè)的同一平面內(nèi)，連接形成機翼撲動橫截面。
[0020]由圖1可見，主連桿8的一端活動鉸接著主機翼骨架7的中部，主連桿8的另一端活動鉸接著導桿9的一端，導桿9的另一端活動鉸接著弦連桿5的一端；副連桿3的一端活動鉸接著副機翼骨架4的中部，副連桿3的另一端活動鉸接著弦連桿5的另一端；導向套管6固定在機架上，且套設在導桿9上，對導桿9起限位作用。導桿9和弦連桿5的活動鉸接端固定連接著內(nèi)嗤合齒圈2的軸向一側(cè)，導桿9的長度大于內(nèi)嗤合齒圈2的外徑。
[0021]參見圖2，主機翼骨架7的另一端和機架的鉸接中心軸線、主連桿8和導桿9的鉸接中心軸線、導桿9和弦連桿5的鉸接中心軸線以及內(nèi)嚙合齒圈2的中心線相互平行且共面;在內(nèi)嚙合齒圈2約束條件下，外嚙合齒輪I在公轉(zhuǎn)的同時以自身的旋轉(zhuǎn)中心自轉(zhuǎn)。
[0022]在電機的帶動下，外嚙合齒輪I繞內(nèi)嚙合齒圈2的軸線順時針公轉(zhuǎn)，同時外嚙合齒輪I以自身軸線為旋轉(zhuǎn)中心逆時針自轉(zhuǎn);在導向套管6的共同約束下，導桿9只能在豎直方向上下移動，運動軌跡為內(nèi)嚙合齒圈2豎直方向的分度圓直徑，導桿9通過主連桿8帶動主機翼骨架7上下拍動；弦連桿5的兩端鉸接中心線的連線為外嚙合齒輪I的一條弦，弦連桿5和副連桿3的鉸接中心線的運動軌跡也是內(nèi)嚙合齒圈2的一條直徑，副連桿3往復運動驅(qū)動副機翼骨架4上下拍動。
[0023]參見圖4，主機翼骨架7和副機翼骨架4的鉸接端之間的夾角為180°，此時導桿9與弦連桿5的鉸接中心線與內(nèi)嚙合齒圈2的中心線重合，副連桿3和弦連桿5的鉸接中心位于導桿9與弦連桿5的鉸接中心線的右上方。
[0024]參見圖5，主機翼骨架7和副機翼骨架4的鉸接端之間的夾角遠小于180°，此時導桿9與弦連桿5的鉸接中心線與內(nèi)嚙合齒圈2的中心線重合，副連桿3和弦連桿5的鉸接中心位于導桿9與弦連桿5的鉸接中心線的左下方。
[0025]參見圖4和圖5，導桿9、主連桿8和主機翼骨架7位于相同的位置，而副連桿3和弦連桿5的鉸接中心分別位于導桿9與弦連桿5的鉸接中心線的右上方和左下方，使圖4中副機翼骨架和主機翼骨架的鉸接夾角遠大于圖5所示，也即是下?lián)鋾r的翼面積遠大于上揮時的翼面積。
[0026]初始時導桿9位于內(nèi)嚙合齒圈2的正上方，參見圖3，內(nèi)嚙合齒圈2的分度圓與弦連桿銷軸12中心線垂直相交，弦連桿銷軸12的軸線在距主骨架銷軸11距離最近的位置，在主連桿8和副連桿3的共同約束下，主機翼骨架7和副機翼骨架4的夾角較小，當電機開始運轉(zhuǎn)時，導桿9豎直向下運動，主連桿8帶動主機翼骨架7下?lián)?，副連桿3沿著內(nèi)嚙合齒圈2的直徑運動，帶動副機翼骨架4下?lián)?，主機翼骨架7和副機翼骨架4的夾角逐漸變大，始終小于等于180°，參見圖4，此時翼面積大，生成升力大；當電機順時針轉(zhuǎn)動180°以后，導桿9豎直向上運動，驅(qū)動主機翼骨架7上揮，同時副機翼骨架4上揮，參見圖5，主機翼骨架7和副機翼骨架4上揮時的鉸接夾角逐漸變小，翼面積變小，且上揮時的空氣阻力系數(shù)小，大大提高了氣動效率和飛行效率。
[0027]主機翼骨架7的另一端和機架活動鉸接，通過改變主機翼骨架7的另一端和機架活動鉸接的位置，實現(xiàn)改變機翼撲動橫截面的面積的大小，最終改變主機翼骨架7和副機翼骨架4生成升力方向和大小。假如鉸接點豎直向下平移，則主機翼骨架7和副機翼骨架4夾角的最小值變小，上揮和下?lián)涞挠L面積差變大，升力的方向隨之變化，轉(zhuǎn)向靈活。
【主權項】
1.一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，包括電機、機架和傳動機構(gòu)，其特征在于:所述傳動機構(gòu)包括齒輪傳動機構(gòu)和機翼撲動機構(gòu)； 所述齒輪傳動機構(gòu)包括外嚙合齒輪(I)和內(nèi)嚙合齒圈(2); 所述機翼撲動機構(gòu)包括主機翼骨架(7)、副機翼骨架(4)、主連桿(8)、副連桿(3)、導桿(9)、弦連桿(5)和導向套管(6);其中主機翼骨架(7)和副機翼骨架(4)構(gòu)成機翼骨架;主機翼骨架(7)、副機翼骨架(4)、主連桿(8)、副連桿(3)、導桿(9)和弦連桿(5)位于齒輪傳動機構(gòu)軸向一側(cè)的同一平面內(nèi)，連接形成機翼撲動橫截面； 在電機的帶動下，外嚙合齒輪(I)繞內(nèi)嚙合齒圈(2)的軸線順時針公轉(zhuǎn)，同時外嚙合齒輪⑴以自身軸線為旋轉(zhuǎn)中心逆時針自轉(zhuǎn)；同時，驅(qū)動導桿(9)和弦連桿(5)分別通過主連桿(8)帶動主機翼骨架(7)、副連桿(3)帶動副機翼骨架(4)實現(xiàn)所述機翼骨架的上下?lián)鋭印?.根據(jù)權利要求1所述的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，其特征在于:所述電機的輸出軸固定連接著曲柄(1 )的一端，電機的輸出軸軸線與內(nèi)嚙合齒圈(2 )的旋轉(zhuǎn)中心線共線，曲柄(10)的另一端與外嚙合齒輪(I)的旋轉(zhuǎn)中心通過滑動軸承相連，使外嚙合齒輪(I)在電機的驅(qū)動下以內(nèi)嚙合齒圈(2 )的軸線為轉(zhuǎn)動中心公轉(zhuǎn);所述內(nèi)嚙合齒圈(2)固定在機架上;所述主機翼骨架(7)和副機翼骨架(4)均為桿狀，主機翼骨架(7)的一端和副機翼骨架(4)的一端通過鉸鏈連接組成機翼骨架；主機翼骨架(7)的另一端和機架的鉸接中心軸線、主連桿(8)和導桿(9)的鉸接中心軸線、導桿(9)和弦連桿(5)的鉸接中心軸線以及內(nèi)嚙合齒圈(2)的中心線相互平行且共面;在內(nèi)嚙合齒圈(2)約束條件下，外嚙合齒輪(I)在公轉(zhuǎn)的同時以自身的旋轉(zhuǎn)中心自轉(zhuǎn)。3.根據(jù)權利要求1所述的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，其特征在于:所述內(nèi)嚙合齒圈(2)與外嚙合齒輪(I)的模數(shù)相等，齒數(shù)比為2:1。4.根據(jù)權利要求2所述的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，其特征在于:所述主連桿(8)的一端活動鉸接著主機翼骨架(7)的中部，主連桿(8)的另一端活動鉸接著導桿(9)的一端，導桿(9)的另一端活動纟父接著弦連桿(5)的一端;所述副連桿(3)的一端活動纟父接著副機翼骨架(4)的中部，副連桿(3)的另一端活動鉸接著弦連桿(5)的另一端；導向套管(6)固定在機架上，且套設在導桿(9)上，對導桿(9)起限位作用； 導桿(9 )和弦連桿(5 )的活動鉸接端固定連接著內(nèi)嚙合齒圈(2 )的軸向一側(cè)。5.根據(jù)權利要求1所述的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，其特征在于:通過改變主機翼骨架(7)的另一端和機架活動鉸接的位置，實現(xiàn)改變所述機翼撲動橫截面的面積的大小，最終改變主機翼骨架(7)和副機翼骨架(4)生成升力方向和大小。6.根據(jù)權利要求1所述的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，其特征在于:所述導桿(9)的長度大于內(nèi)嚙合齒圈(2)的外徑。7.根據(jù)權利要求4所述的一種翼面積可變的撲翼升力生成裝置，其特征在于:所述主機翼骨架(7)和副機翼骨架(4)的鉸接端之間的夾角為90°?180°。
【文檔編號】B64C33/02GK105857599SQ201610295301
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】李彪, 孫軍
【申請人】合肥工業(yè)大學