一種無人撲翼飛行器的制造方法
【專利摘要】一種無人撲翼飛行器，屬航空【技術領域】，由機身、尾翼、左撲翼裝置、右撲翼裝置和起落架組成。左撲翼裝置和右撲翼裝置結構、參數(shù)和工作原理相同并對稱布置于機身的左右兩側(cè)，用來產(chǎn)生升力。尾翼用來控制該飛行器上仰、下俯及偏航。右撲翼裝置包括電機、擺軸、翼軸、翼片、中心軸、單向軸承、中心齒輪、近心齒輪、擺軸套管、遠心齒輪和翼齒輪。翼片為矩形平板剛性翼片。中心齒輪與翼齒輪的傳動比為1∶1。翼片下?lián)浔３炙剑墚a(chǎn)業(yè)較大升力，翼片切向上揚阻力較小。該飛行器效率高，適用于航拍、地理測量、交通執(zhí)勤、軍事偵查和搶險救災等多種任務。
【專利說明】一種無人撲翼飛行器

【技術領域】
[0001]一種無人撲翼飛行器，屬航空【技術領域】，尤其涉及一種撲翼飛行器。

【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的撲翼機靠翼片的上下煽動來產(chǎn)生升力，翼片上揚時阻力較大，效率較低，能產(chǎn)生的升力有限，很難實現(xiàn)重載飛行；專利號為ZL200910073435.8的中國專利公開的一種結構較復雜的靠撲翼提升機構使撲翼片復位的撲翼升力生成裝置，雖然效率較傳統(tǒng)撲翼高些，但翼片下?lián)溥^程中，只有中間位置翼片處于水平位置，其它時候翼片與水平面都存在一個夾角，越離開中間位置夾角越大，產(chǎn)生的升力是翼片作用力的豎直方向的分量，水平方向的分量成了損耗，故該現(xiàn)有技術的撲翼裝置產(chǎn)生升力的效率有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有撲翼機的上述不足，發(fā)明一種結構簡單的效率更高的無人撲翼飛行器。
[0004]一種無人撲翼飛行器，主要由機身、尾翼、左撲翼裝置、右撲翼裝置和起落架組成。機身內(nèi)配有操控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機載設備和重心調(diào)節(jié)裝置。尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼由前段的固定部分即水平安定面和后段的活動部分即升降舵組成，垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段的活動部分即方向舵組成。升降舵在操控系統(tǒng)的操控下上下偏轉(zhuǎn)使該飛行器上仰或下俯。方向舵在操縱系統(tǒng)的操控下左右偏轉(zhuǎn)，使該飛行器向左或向右偏航。左撲翼裝置和右撲翼裝置結構、參數(shù)和工作原理都相同，它們對稱布置于機身的左右兩側(cè)，用來產(chǎn)生升力。機身的左右兩側(cè)對稱分布著左缺口和右缺口，它們是為了方便左撲翼裝置和右撲翼裝置的上下?lián)鋭佣O置的，該飛行器結構緊湊。起落架采用滑撬式起落架。操控系統(tǒng)包括操縱裝置和自動導航裝置或遙控裝置。電源系統(tǒng)包括電池、電子調(diào)速器、開關及連接用電線。電池采用方便充電的鋰電池。重心調(diào)節(jié)裝置包括滑架、導軌和調(diào)心舵機，組成電源系統(tǒng)的電池安裝在滑架上，在操控系統(tǒng)的控制下，調(diào)心舵機牽引滑架沿導軌前后滑動來調(diào)節(jié)該飛行器的重心位置，從而實現(xiàn)該飛行器的向前、向后或懸停飛行姿態(tài)。
[0005]右撲翼裝置包括電機、擺軸、翼軸、翼片、中心軸、單向軸承、中心齒輪、近心齒輪、擺軸套管、遠心齒輪和翼齒輪。翼片為矩形平板剛性翼片。電機固定安裝在機身右側(cè)的右缺口內(nèi)，電機的輸出軸縱向水平布置。電機的輸出軸的前端與擺軸的一端垂直固連，擺軸的另一端與翼軸的前端垂直固連，電機的輸出軸、擺軸和翼軸三者在同一平面內(nèi)。翼軸的后端通過軸承與固定于翼片前邊的翼齒輪相連于翼齒輪的中心孔內(nèi)，翼齒輪能繞翼軸靈活轉(zhuǎn)動，翼軸與翼片共面。中心軸的前端固定安裝在機身的右缺口的前壁上，中心軸的后段通過單向軸承與中心齒輪相連于中心齒輪的中心孔內(nèi)，中心軸與單向軸承的內(nèi)圈固連，單向軸承的外圈與中心齒輪固連。中心軸、單向軸承、中心齒輪和電機的輸出軸四者同軸。單向軸承采用只能向一個方向轉(zhuǎn)動的軸承。從該飛行器的尾端往前端看:單向軸承的內(nèi)圈是固定的，其外圈只能向逆時針方向轉(zhuǎn)動而不能向順時針方向轉(zhuǎn)動。組裝右撲翼裝置時，確保擺軸處于電機的輸出軸正上方豎直位置時翼片水平布置。擺軸套管通過軸承套裝在擺軸的外周，擺軸能在擺軸套管內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動。近心齒輪和遠心齒輪分別固連于擺軸套管的兩端。近心齒輪與中心齒輪嚙合，中心齒輪與近心齒輪的傳動比為1:1。遠心齒輪與翼齒輪嚙合，其傳動比為1:1。翼齒輪的后端端頭與翼片固連于翼片前邊的正中位置。
[0006]右撲翼裝置的工作原理是:下?lián)溥^程:下?lián)淦鹗嘉恢脼閿[軸豎直布置于電機的輸出軸的正上方即擺軸處于12點鐘位置，此時翼片處于水平位置并位于最高處，從該飛行器的尾端往前端看，起動電機，在動力的驅(qū)動下，擺軸順時針轉(zhuǎn)動，由于單向軸承的作用，中心齒輪固定不動，由于中心齒輪與翼齒輪的傳動比為1: 1，翼齒輪帶動翼片逆時針自轉(zhuǎn)，保持翼片處于水平位置下?lián)?，當擺軸轉(zhuǎn)至電機的輸出軸正下方處于豎直位置即擺軸處于6點鐘位置時電機轉(zhuǎn)速為零，此時翼片處于最低位置，完成了下?lián)溥^程。翼片水平下?lián)溥^程產(chǎn)生的升力較大，且效率高。上揚過程:從翼片處于最低位置開始，由操控系統(tǒng)控制電機反轉(zhuǎn)，在動力的驅(qū)動下，擺軸逆時針轉(zhuǎn)動，翼片受空氣的阻力會自動尋找低阻方向上揚，由于上揚過程中心齒輪擺脫單向軸承的約束，會在近心齒輪的帶動下逆時針轉(zhuǎn)動，翼片將保持與擺軸垂直狀態(tài)上揚，即切向上揚。當擺軸轉(zhuǎn)至電機的輸出軸正上方處于豎直位置即擺軸又回到12點鐘位置時電機停止轉(zhuǎn)動，此時翼片處于最高位置且水平布局，完成了上揚過程，右撲翼裝置回到了下?lián)溥^程的起始狀態(tài)。翼片切向上揚，阻力較小?？刂葡到y(tǒng)控制電機再換向轉(zhuǎn)動，將進入下一個撲動周期，擺軸如此反復轉(zhuǎn)擺180°實現(xiàn)翼片連續(xù)下?lián)浜蜕蠐P運動過程，產(chǎn)生向上的升力，撲動越快，產(chǎn)生的升力越大，若該飛行器的重心往前移動則該升力的向前的分力就成了推力能使該飛行器向前飛行。
[0007]左撲翼裝置的工作原理與右撲翼裝置的工作原理相同。如左撲翼裝置和右撲翼裝置實行聯(lián)動控制，它們的翼片撲動的方向?qū)ΨQ。
[0008]機身內(nèi)配有攝像機及信息處理系統(tǒng)，能進行航拍，能將拍攝的影像信息傳送到地面設備。機身內(nèi)配裝自動導航設備能進行自主飛行；或配置遙控設備能實現(xiàn)遙控飛行。各電機功率足夠大且設置配置合理的話可實現(xiàn)載人飛行，由駕駛員直接操縱飛行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明一種無人撲翼飛行器的后視示意圖，此圖中，左撲翼裝置和右撲翼裝置處于下?lián)溥^程中的9點鐘位置和3點鐘位置，兩個翼片都處于水平狀態(tài)；圖2是圖1的俯視示意圖；圖3是圖2中右撲翼裝置的放大示意圖；圖4是右撲翼裝置下?lián)溥^程示意圖；圖5是右撲翼裝置上揚過程示意圖。
[0010]圖中，1-機身，11-左缺口，12-右缺口 ；2_尾翼，21-水平尾翼，22-垂直尾翼；3-左撲翼裝置；4_右撲翼裝置，40-電機，41-電機的輸出軸，42-擺軸，43-翼軸，44-翼片，45-中心軸，46-單向軸承，47-中心齒輪，48-近心齒輪，49-擺軸套管，410-遠心齒輪，411-翼齒輪；5_起落架；6_重心調(diào)節(jié)裝置；7_左撲翼裝置下?lián)鋾r其擺軸的轉(zhuǎn)動方向指示；8_右撲翼裝置下?lián)鋾r其擺軸的轉(zhuǎn)動方向指示；9_右撲翼裝置上揚時其擺軸的轉(zhuǎn)動方向指示；431表示翼軸43的運動軌跡。

【具體實施方式】
[0011]現(xiàn)結合附圖1~5對本發(fā)明加以具體說明:一種無人撲翼飛行器，主要由機身1、尾翼2、左撲翼裝置3、右撲翼裝置4和起落架5組成。機身I內(nèi)配有操控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機載設備和重心調(diào)節(jié)裝置6。尾翼2包括水平尾翼21和垂直尾翼22，水平尾翼21由前段的固定部分即水平安定面和后段的活動部分即升降舵組成，垂直尾翼22由前段的固定部分即垂直安定面和后段的活動部分即方向舵組成。升降舵在操控系統(tǒng)的操控下上下偏轉(zhuǎn)使該飛行器上仰或下俯。方向舵在操縱系統(tǒng)的操控下左右偏轉(zhuǎn)，使該飛行器向左或向右偏航。左撲翼裝置3和右撲翼裝置4結構、參數(shù)和工作原理都相同，它們對稱布置于機身I的左右兩偵牝用來產(chǎn)生升力和推力。機身I的左右兩側(cè)對稱分布著左缺口 11和右缺口 12，它們是為了結構緊湊且方便左撲翼裝置3和右撲翼裝置4的上下?lián)鋭佣O置的。起落架5采用滑撬式起落架。操控系統(tǒng)包括操縱裝置和自動導航裝置或遙控裝置。電源系統(tǒng)包括電池、電子調(diào)速器、開關及連接用電線。電池采用方便充電的鋰電池。重心調(diào)節(jié)裝置6包括滑架、導軌和調(diào)心舵機，組成電源系統(tǒng)的電池安裝在滑架上，在操控系統(tǒng)的控制下，調(diào)心舵機牽引滑架沿導軌前后滑動來調(diào)節(jié)該飛行器的重心位置，從而實現(xiàn)該飛行器的向前、向后或懸停飛行姿態(tài)。
[0012]右撲翼裝置4包括電機40、擺軸42、翼軸43、翼片44、中心軸45、單向軸承46、中心齒輪47、近心齒輪48、擺軸套管49、遠心齒輪410和翼齒輪411。翼片44為矩形平板剛性翼片，翼片44采用碳纖維材料制作。電機40固定安裝在機身I右側(cè)的右缺口 12內(nèi)，電機的輸出軸41縱向水平布置。電機的輸出軸41的前端與擺軸42的一端垂直固連，擺軸42的另一端與翼軸43的前端垂直固連，電機的輸出軸41、擺軸42和翼軸43三者在同一平面內(nèi)。翼軸43的后端通過軸承與固定于翼片44前邊的翼齒輪411相連于翼齒輪411的中心孔內(nèi)，翼齒輪411能繞翼軸43靈活轉(zhuǎn)動，翼軸43與翼片44共面。中心軸45的前端固定安裝在機身I的右缺口 12的前壁上，中心軸45的后段通過單向軸承46與中心齒輪47相連于中心齒輪47的中心孔內(nèi)，中心軸45與單向軸承46的內(nèi)圈固連，單向軸承46的外圈與中心齒輪45固連。中心軸45、單向軸承46、中心齒輪47和電機的輸出軸41四者同軸。單向軸承46采用只能向一個方向轉(zhuǎn)動的軸承。從該飛行器的尾端往前端看:單向軸承46的內(nèi)圈是固定的，其外圈只能向逆時針方向轉(zhuǎn)動而不能向順時針方向轉(zhuǎn)動。組裝右撲翼裝置4時，確保擺軸42處于電機的輸出軸41正上方豎直位置時翼片44水平布置。擺軸套管49通過軸承套裝在擺軸42的外周，擺軸42能在擺軸套管49內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動。近心齒輪48和遠心齒輪410分別固連于擺軸套管49的兩端。近心齒輪48與中心齒輪47嚙合，中心齒輪47與近心齒輪48的傳動比為1:1。遠心齒輪410與翼齒輪411嚙合，其傳動比為1:1。中心齒輪47、近心齒輪48、遠心齒輪410和翼齒輪411均采用錐齒輪。翼齒輪411的后端端頭與翼片44固連于翼片44前邊的正中位置。
[0013]右撲翼裝置4的工作原理是:下?lián)溥^程:下?lián)淦鹗嘉恢脼閿[軸42豎直布置于電機的輸出軸41的正上方即擺軸42處于12點鐘位置，此時翼片44處于水平位置并位于最高處，從該飛行器的尾端往前端看，起動電機40，在動力的驅(qū)動下，擺軸42順時針轉(zhuǎn)動，由于單向軸承46的作用，中心齒輪47固定不動，由于中心齒輪47與翼齒輪411的傳動比為I: 1，翼齒輪411帶動翼片44逆時針自轉(zhuǎn)，保持翼片44處于水平位置下?lián)?，當擺軸42轉(zhuǎn)至電機的輸出軸41正下方處于豎直位置即擺軸42處于6點鐘位置時電機40轉(zhuǎn)速為零，此時翼片44處于最低位置，完成了下?lián)溥^程。翼片44水平向下平撲過程產(chǎn)生的升力較大，不會在翼展方向產(chǎn)生分力，效率高。上揚過程:從翼片44處于最低位置開始，由操控系統(tǒng)控制電機40反轉(zhuǎn)，在動力的驅(qū)動下，擺軸42逆時針轉(zhuǎn)動，翼片44受空氣的阻力會自動尋找低阻方向上揚，由于上揚過程中心齒輪47擺脫單向軸承46的約束，會在近心齒輪48的帶動下逆時針轉(zhuǎn)動，翼片44將保持與擺軸42垂直狀態(tài)上揚，即切向上揚。當擺軸42轉(zhuǎn)至電機的輸出軸41正上方處于豎直位置即擺軸42又回到12點鐘位置時電機40停止轉(zhuǎn)動，此時翼片44處于最高位置且水平布局，完成了上揚過程，右撲翼裝置4回到了下?lián)溥^程的起始狀態(tài)。翼片44切向上揚，阻力最小?？刂葡到y(tǒng)控制電機40再換向轉(zhuǎn)動，將進入下一個撲動周期，擺軸42如此反復轉(zhuǎn)擺180°實現(xiàn)翼片44連續(xù)下?lián)浜蜕蠐P運動過程，產(chǎn)生向上的升力，撲動越快，產(chǎn)生的升力越大，若該飛行器的重心往前移動則該升力的向前的分力就成了推力能使該飛行器向前飛行。
[0014]左撲翼裝置3的工作原理與右撲翼裝置4的工作原理相同。如左撲翼裝置3和右撲翼裝置4實行聯(lián)動控制，它們的翼片撲動的方向?qū)ΨQ。
[0015]機身I內(nèi)配有攝像機及信息處理系統(tǒng)，能進行航拍，能將拍攝的影像信息傳送到地面設備。機身I內(nèi)配裝自動導航設備能進行自主飛行；或配置遙控設備能實現(xiàn)遙控飛行。兩個電機功率足夠大且設置配置合理的話可實現(xiàn)載人飛行，由駕駛員直接操縱飛行。
[0016]下面就該發(fā)明一種無人撲翼飛行器的飛行姿態(tài)對該發(fā)明作進一步說明。
[0017]起飛:起動左撲翼裝置3和右撲翼裝置4的電機，驅(qū)動左撲翼裝置3和右撲翼裝置4撲動，利用操控系統(tǒng)使左撲翼裝置3和右撲翼裝置4產(chǎn)生大小相等的向上的升力，當兩電機輸出功率達到一定值時，利用重心調(diào)節(jié)裝置6調(diào)整好重心位置，使總升力的方向過重心且豎直向上，總升力大于機體重量，該飛行器垂直升空。
[0018]前飛:起飛后，通過重心調(diào)節(jié)裝置6使該飛行器的重心前移，總升力會向前傾斜，實現(xiàn)前飛。
[0019]后飛:在空中飛行時，通過重心調(diào)節(jié)裝置6使該飛行器的重心后移，總升力會向后傾斜，可使該飛行器實現(xiàn)后飛。
[0020]轉(zhuǎn)彎飛行:在前飛時，可以通過控制方向舵的偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)該飛行器轉(zhuǎn)彎飛行，方向舵向左偏轉(zhuǎn)，飛行器向左偏航；方向舵向右偏轉(zhuǎn)，飛行器向右偏航。
[0021]懸停:在空中飛行時，控制左撲翼裝置3和右撲翼裝置4的撲動頻率相同，調(diào)整好重心的位置，使得左撲翼裝置3和右撲翼裝置4產(chǎn)生的合力過重心垂直向上且等于機體重量，消除飛行慣性后該飛行器將處于懸停位置。
[0022]降落:將該飛行器調(diào)整至懸停位置后，慢慢同時降低左撲翼裝置3和右撲翼裝置4的撲動頻率，該飛行器可緩緩降落。
[0023]由于左撲翼裝置3和右撲翼裝置4能分別單獨控制，本發(fā)明一種無人撲翼飛行器比較方便實現(xiàn)側(cè)滾，機動靈活。
[0024]以上說明是在沒有氣流干擾的工況下作出的，如果有氣流干擾的存在，則應根據(jù)氣流的方向和流速進行修偏。
[0025]本發(fā)明一種無人撲翼飛行器可用于航拍、地理測量、交通執(zhí)勤、軍事偵查和搶險救災等多種任務。
【權利要求】
1.一種無人撲翼飛行器，主要由機身(1)、尾翼(2)、左撲翼裝置(3)、右撲翼裝置(4)和起落架(5)組成，其特征在于:機身(I)內(nèi)配有操控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機載設備和重心調(diào)節(jié)裝置(6);尾翼(2)包括水平尾翼(21)和垂直尾翼(22)，水平尾翼(21)由水平安定面和升降舵組成，垂直尾翼(22)由垂直安定面和方向舵組成；左撲翼裝置(3)和右撲翼裝置(4)結構、參數(shù)和工作原理都相同，它們對稱布置于機身(I)的左右兩側(cè)；機身(I)的左右兩側(cè)對稱分布著左缺口(11)和右缺口(12);操控系統(tǒng)包括操縱裝置和自動導航裝置或遙控裝置；電源系統(tǒng)包括電池、電子調(diào)速器、開關及連接用電線；重心調(diào)節(jié)裝置6包括滑架、導軌和調(diào)心舵機； 右撲翼裝置(4)包括電機(40)、擺軸(42)、翼軸(43)、翼片(44)、中心軸(45)、單向軸承(46)、中心齒輪(47)、近心齒輪(48)、擺軸套管(49)、遠心齒輪(410)和翼齒輪(411) ?’翼片(44)為矩形平板剛性翼片；電機(40)固定安裝在機身(I)右側(cè)的右缺口( 12)內(nèi)，電機的輸出軸(41)縱向水平布置；電機的輸出軸(41)的前端與擺軸(42)的一端垂直固連，擺軸(42)的另一端與翼軸(43)的前端垂直固連，電機的輸出軸(41)、擺軸(42)和翼軸(43)三者在同一平面內(nèi)；翼軸(43)的后端通過軸承與固定于翼片(44)前邊的翼齒輪(411)相連于翼齒輪(411)的中心孔內(nèi)，翼軸(43 )與翼片(44)共面；中心軸(45 )的前端固定安裝在機身Cl)的右缺口(12)的前壁上，中心軸(45)的后段通過單向軸承(46)與中心齒輪(47)相連于中心齒輪(47)的中心孔內(nèi)，中心軸(45)與單向軸承(46)的內(nèi)圈固連，單向軸承(46)的外圈與中心齒輪(45)固連；中心軸(45)、單向軸承(46)、中心齒輪(47)和電機的輸出軸(41)四者同軸；單向軸承(46)采用只能向一個方向轉(zhuǎn)動的軸承；從該飛行器的尾端往前端看:單向軸承(46)的內(nèi)圈是固定的，其外圈只能向逆時針方向轉(zhuǎn)動而不能向順時針方向轉(zhuǎn)動；擺軸(42)處于電機的輸出軸(41)正上方豎直位置時翼片(44)水平布置；擺軸套管(49)通過軸承套裝在擺軸(42)的外周；近心齒輪(48)和遠心齒輪(410)分別固連于擺軸套管(49)的兩端；近心齒輪(48)與中心齒輪(47)嗤合，中心齒輪(47)與近心齒輪(48)的傳動比為I: I ;遠心齒輪(410)與翼齒輪(411)嚙合，其傳動比為1:1 ;翼齒輪(411)的后端端頭與翼片(44)固連于翼片(44)前邊的正中位置；擺軸(42)轉(zhuǎn)擺的角度為180°。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:兩個翼片都采用碳纖維材料制作。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:起落架(5)采用滑撬式起落架。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:電池采用方便充電的鋰電池。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:電池安裝在滑架上。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:中心齒輪(47)、近心齒輪(48)、遠心齒輪(410)和翼齒輪(411)均采用錐齒輪。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:機身(I)內(nèi)配有攝像機及信息處理系統(tǒng)，能進行航拍，能將拍攝的影像信息傳送到地面設備。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:機身(I)內(nèi)配裝自動導航設備能進行自主飛行。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種無人撲翼飛行器，其特征在于:機身(I)內(nèi)配置遙控設備能實現(xiàn)遙控飛行。
【文檔編號】B64C33/02GK104477385SQ201410769679
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權日:2014年12月15日
【發(fā)明者】王志成 申請人:佛山市神風航空科技有限公司