(19)中华人民共和国国家知识产权局 回▣ (12)发明专利申请 可 (10)申请公布号CN104828246A (43)申请公布日2015.08.12 (21)申请号201510224583.0 (22)申请日2015.05.06 (71)申请人李维农 地址100095北京市海淀区白家瞳欣麓园4 号楼3门302 (72)发明人李维农李维纲 (51)1nt.Cl. B64C3302(2006.01) 权利要求书1页说明书2页附图2页 (54)发明名称 一种提高振翅航行器效能的方案 (57)摘要 本发明涉及一种提高振翅航行器效能的方 案，一种在流体介质（空气或水）中的靠摆动获得 前行动力的航行器。在该领域，已有仿生扑翼飞 行器，并没有抓住昆虫、鱼类、鸟类摆动飞行高效 节能的真谛。因此，现有扑翼机的能量利用效率 并不比固定翼飞机高。为了大幅度提高振翅航行 器的能量利用效率，本发明提供了一种高效能振 翅航行器的方案，其特征是：振翅的翅根通过弹 簧和航行器其它部分连接。使振翅具有一个固有 的扑动频率，从而，系统仅需要在每个扑动周期， 为振翅补充对外做功耗散的能量即可维持振翅扑 动，从而，大幅度降低系统能耗，提高振翅航行的 能效。使人类借助振翅航行器，可以像昆虫、鸟类 样，高效航行。 87792860
CN104828246A 权利要求书 1/1页 1.一种提高振翅航行器效能的方案，包括机身、振翅、压力传感器或加速度传感器、振 翅驱动机构、振翅刚性和质量调节机构、电子调控系统构成，其中，振翅由翅杆、翅膜构成， 翅膜附着在翅杆上，翅杆可有分支翅杆与其连接，可为空心管，其特征是：机身与振翅相连 接，振翅的翅根可通过弹簧和机身连接：或者，翅杆、翅膜本身采用弹性材料制造：或者，对 于仿生蝌蚪那样振翅与机身融合型振翅机，仿生蝌蚪的蒙皮（翅膜）采用弹性材料制造：或 者，振翅上布设有仿生蜻蜒翅脉的液压管路系统：在振翅或机身上装有压力传感器或加速 度传感器，压力传感器或加速度传感器与电子调控系统相连接，电子调控系统与振翅驱动 机构及振翅刚性和质量调节机构相连接。 2.根据权利要求1所述的一种高效能振翅航行器，其特征是：振翅刚性和质量调节机 构与压力缸及与其相连的振翅上的管路相连接，其中的管路可以是翅杆：或者，直线电机与 振翅上的质量块相连接；或者，泵通过管道与分布在振翅航行器上各腔体相连接；或者，泵 通过管道与振翅及机体间形成的腔体相连接。 3.根据权利要求1所述的一种高效能振翅航行器，其特征是：靠近振翅翅稍的承力结 构部位添加有振子。 2
CN104828246A 说明书 1/2页 一种提高振翅航行器效能的方案 所属技术领域 [0001]本发明涉及一种在流体介质（空气或水）中的航行器，尤其是一种利用振翅及流 体的固有频率来提高振翅航行器效能的方案。 背景技术 [0002]目前，公知的德国费斯托(Festo)公司研制出的、名为“Bionic0pter”的机器蜻 蜓，即为摆动类飞行器中的一个优秀代表。费斯托公司表示，Bionic(0pter的4个翅膀采用 碳纤维和箔材料，每秒可振翅20次，驱动蜻蜓在空中飞行。包括Bionic0pter机器蜻蜓在 内的已有扑翼飞行器也称振翅机，都采用了动力机构来强行驱动扑翼，获得前行的动力和 升力，并没有抓住昆虫、鱼类（蝌蚪，本质上是翼身融合的扑翼机）、鸟类摆动飞行高效节能 的真谛。因此，现有扑翼机的能源利用效率并不比固定翼飞机高。 发明内容 [0003]为了大幅度提高振翅航行器能量利用效率，使人造振翅航行器具有逼近昆虫等航 行的能效，本发明提供了一种提高振翅航行器效能的方案，使人类借助振翅机，可以像昆 虫、鸟类、鱼类一样，高效航行。 [0004]本发明是一种提高振翅航行器效能的方案，包括机身、振翅、压力传感器或加速度 传感器、振翅驱动机构、振翅刚性和质量调节机构、电子调控系统构成，其中，振翅由翅杆、 翅膜构成，翅膜附着在翅杆上，翅杆可有分支翅杆与其连接，可为空心管，其特征是：机身与 振翅相连接，振翅的翅根可通过弹簧和机身连接：或者，翅杆、翅膜本身采用弹性材料制造： 或者，对于仿生蝌蚪那样振翅与机身融合型振翅机，仿生蝌蚪的蒙皮（翅膜）采用弹性材料 制造：在振翅或机身上装有压力传感器或加速度传感器，压力传感器或加速度传感器与电 子调控系统相连接，电子调控系统与振翅驱动机构及振翅刚性和质量调节机构相连接。 [0005]振翅驱动机构以往多通过四连杆等机构从翅根补充能量，由于材料的强度问题使 频率很难提高。 [0006]本发明的振翅驱动机构由通往振翅的液压管路（仿生蜻蜓的翅脉管路）及泵构 成，借“充液一一吸液”循环，向振翅馈送、补充振动能：或者，振翅驱动机构由安装在翅杆上 的电机及与电机相连的振子构成，其中，电机可安装在翅根部位，振子可安装在靠近翅稍的 翅杆上，向振翅馈送、补充振动能量：或者，振翅驱动机构由音圈电机及振子构成，向振翅馈 送、补充振动能量：或者，振翅驱动机构由流体管道、泵及流体马达带动的振子构成，向振翅 馈送、补充振动能量。 [0007]振子可以是偏心轮、质量块：振子也可制成空心体再填充流体，可通过管道与压力 缸相连接：或者，振子也可由两个以上可相对移动的零件组成。 [0008]振翅刚性和质量调节机构由压力缸及与其相连的振翅上的管路构成，其中的管路 可以是翅杆：或者，由直线电机使振子的位置移动、使振子可相对移动的零件改变位置；或 者，由压力缸通过管道连接来改变振子空心体内填充的流体量。 3
CN104828246A 说 明书 2/2页 [0009] 本发明是通过振翅刚性和质量调节机构，来改变振翅的刚性或质量，从而改变振 翅的自振频率。 [0010] 本发明的有益效果是，利用振翅及流体的固有频率，系统仅需要在每个振动周期， 为振翅补充对外做功耗散的能量即可维持振翅振动，从而，大幅度降低系统能耗，提高振翅 飞行的能效。 附图说明 [0011] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 [0012] 图1是本发明由安装在翅杆上的电机及与电机相连的振子向振翅馈能的振翅示 意图。 [0013] 图2是本发明通过仿生蜻蜓的翅脉管路系统向振翅馈送振动能的振翅示意图。 [0014] 图3是本发明振翅刚性和质量调节机构示意图。 [0015] 图4是本发明仿生蝌蚪即振翅与机身融合型的振翅航行器示意图。 [0016] 图1中，1.是翅杆，2.是翅膜，3.是振子，A.是电机。 [0017] 图2中，2.是翅膜，4.是仿生翅脉管路，5.是泵。 [0018] 图3中，6.是压力缸，7.是可与翅杆制作为一体的空心管。 [0019] 图4中，2.是翅膜，5.是泵。 具体实施方式 [0020]如图1所示，由电机(A)驱动偏心轮构成的振子(3)振动，可以将振动能馈送到翅 杆(1)，再带动翅膜(2)，使整个振翅摆动： [0021]如图2所示，当泵（⑤）循环“抽吸一一挤压”工作后，工质流体将按照一定周期向 振翅上的仿生翅脉管路(4)“充液一一吸液”，振翅质量及刚性产生周期性变化，同时受重力 及流体的共同作用，使整个振翅摆动； [0022]电子调控系统依据压力传感器或加速度传感器采集的信号，来调控振翅驱动机构 及振翅刚性和质量调节机构，使振翅的刚性或质量及振动频率和振幅达到最佳状态：类比 生物大脑（电子调控系统）依据神经末梢（压力传感器或加速度传感器）采集的信号，指挥 肢体（振翅驱动机构及振翅刚性和质量调节机构）进行动作：利用振翅及流体的固有频率， 系统仅需要在每个振动周期，为振翅补充对外做功耗散的能量即可维持振翅振动，从而，大 幅度降低系统能耗，提高振翅航行能效。 [0023]由于大翼展振翅机材料承受能力的限制，我们还可以采用“化整为零，集零为整” 的技术方案，让机身连接梁架，梁架上布设许多振翅，形成类似雁阵那样彼此协同的振翅阵 列，使大体量振翅航行器的实用性得到增强。 4
CN104828246A 说明书附图 1/2页 A 1 3 2 图1 4 5 2 图2 6 图3 5
CN104828246A 说明书附图 2/2页 2 5 图4 6