上海交通大学：《力学仿生——启示与探索》课程教学资源_飞行仿生_扑翼升力生成装置 CN101708775A.pdf_大学文库

CN101708775A 说明书 1/3页扑翼升力生成装置技术领域 [0001] 一种扑翼升力生成装置，属于扑翼机领域。背景技术 [0002]人类渴望模仿鸟类在天空中独往独来、自由自在地飞翔，但却另辟蹊径地实现了自己的飞行愿望一所有卓有成效的飞行器并非具有像鸟类一样煽动的翅膀（扑翼），而是基于不断完善的“机翼理论”研制而成。人类研究“仿生飞行”的历史充满艰辛和失败，并有人断言人类不可能借助扑翼实现飞行。尽管如此，闯过各种科技难关的现代人仍不甘心放弃“仿生飞行”。在他们看来，只有鸟类飞翔才是个性化的，它无需现代化的机场、绵长坚实的跑道、庞大的后勤支援。当你用“扑翼飞机”和“ornithopter”对中、外专利数据库进行检索时，大量相关申请文件会展现在你的眼前：媒体也报道过一些大型的或微型的样机，如，2006年9月中国航空信息网曾报道“加拿大实现有人驾驶扑翼机飞行。这架试飞的扑翼机编号为C-GPTR,在同年7月8日进行了3次滑跑试验，并在最后一次滑跑过程中实现了离地起飞并维持。当该机达到大约80千米/小时的滑行速度时，试飞员将油门杆推到最大位置，此时扑翼频率为1赫兹，机体成功离开了跑道，并以约89千米/小时的速度、在距离地面大约1米的高度向前平飞了10秒，总飞行距离330米，留空时间只有14秒。”从照片中可以看出，它采用的是连杆机构。http:/news.xinhuanet.com2003年12月15日报道了南京航空航天大学，采用三连杆扑动翼驱动机构制作的微型扑翼飞机只有38克重，能在空中飞6分钟，飞行高度达到50米。 [0003]事实上，不能原地起落的加拿大扑翼机不是真正意义上的扑翼飞机：而南京航空航天大学的扑翼机升力极其有限，有效荷载仅仅为38克：且两者的留空时间均很短暂。究其原因在于：上下煽动的扑翼会抵消一部分升力，效率低下：此外，高速运行的多连杆机构的可靠性也不会很高。 [0004]中国专利“滑动翼升力生成装置”（专利号ZL200710071871.2)公开了一种扑翼升力生成装置。它是借助“处于同一水平面内的两根转轴分别向内旋转时，因离心力作用而向外滑动的两个翼片将拨动空气向下运动并产生升力。”其不足之处在于：翼展和产生升力的扑动范围受到最小弦长、整流罩和弧状窄条导轨的制约。发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种具有更高的效率和更大的升力的扑翼升力生成装置。 [0006]本发明的目的是这样实现的：它包括安装在扑翼机上的扑翼机构、扑翼旋转机构和扑翼提升机构：所述扑翼机构包括两个扑翼片和两个扑动轴，扑翼片是一块端部带有挡板的刚性矩形板，扑动轴由两块夹持扑翼片并允许扑翼片在其内滑动的条形夹板和位于条形夹板端部的两段同轴线轴头组成：所述扑翼旋转机构包括固定在扑动轴一端的轴头上的扑动齿轮，与扑动齿轮啮合的驱动齿轮，两个驱动齿轮之间的传动带或传动链，一个驱动齿轮与旋转电机连接；所述扑翼提升机构包括提升杆和升降轮，所述提升杆是一个“工”字形

CN101708775A 说明书 2/3页构件，两个升降轮夹持“工”字形构件的腹杆，一个升降轮通过升降电机驱动。 [0007] 本发明还可以包括： [0008]1、升降轮上设置一套弹簧夹紧机构，提升杆在两个升降轮在间借助摩擦力在铅垂面内上下往复运动。 [0009]2、在同一扑翼机上沿轴向安装两套扑翼升力生成装置，两套扑翼升力生成装置的扑翼片扑动的相位差为180°。 [0010]3、两个扑动轴对称轴于提升杆的腹杆轴线。 [0011]本发明的扑翼升力生成装置可借助两片在扑动轴的纵向槽道中沿横向滑动且在扑动齿轮的带动下相对单向转动的矩形扑翼片产生升力，因扑翼片翼展和扑动范围得以充分利用，从而比上下煽动的扑翼和所述的中国专利（专利号ZL200710071871.2)具有更高的效率和更大的升力。 [0012]本发明的扑翼升力生成装置是将两套结构相同的总成轴对称地固连在一起，而每套总成都包括扑翼片、挡板、扑动齿轮、扑动轴、驱动齿轮、提升杆和升降轮：其中，扑翼片是一块端部带有挡板的刚性矩形板：扑动轴由两块夹持扑翼片并允许扑翼片在其内滑动的条形夹板和端部的两段同轴线轴头组成，一端轴头上固装一个扑动齿轮：扑翼片在所述条形夹板内滑动的上、下两个极限位置分别位于铅垂面内，且由挡板与条形夹板的边沿相抵而形成：与扑动齿轮啮合的驱动齿轮借助皮带轮、驱动电机和转角（或位移）传感器作限位和限向转动，确保两个扑翼片均从上极限位置向外侧转过180°后处于下极限位置，并在此过程中产生升力；提升杆是一个“工”字形构件，两个升降轮借助一套弹簧机构夹持提升杆的腹杆，而其在铅垂面内的上下往复运动是借助摩擦力和与升降轮相连的驱动电机完成：所述腹板的长度应确保：当扑翼片转到下极限位置时，提升杆也到达下极限位置，此时，其下翼杆能托住扑翼片端部的挡板；而当提升杆向上运动时，能带动两个扑翼片，并同时到达上极限位置。 [0013]所述的“两套总成轴对称地固连在一起”一语中的对称轴就是提升杆的腹杆轴线。 [0014]将上述装置安装在扑翼机上时，两根扑动轴处于同一水平面内，当提升杆将扑翼片托到上极限位置后，扑翼片端部的挡板触发安装在扑动轴条形夹板上的位移传感器，其发出的信号启动驱动电机，并经皮带轮、驱动齿轮、扑动齿轮带动扑动轴分别向外侧（即面向转轴的一端，左侧的扑动轴逆时针旋转，右侧的转轴顺时针旋转)快速旋转，于是，两个扑翼片拨动空气向下运动产生升力；在扑动轴旋转180°（由与其同轴线安装的角度传感器检测)的过程中，提升杆在升降轮的带动下向下运动到极限位置，并托住稍后到达下极限位置的两个扑翼片。当扑翼片到达下极限位置时，角度传感器发出信号，控制另一台驱动电机启动提升杆。至此，扑翼片完成一次扑动过程，并在控制系统的控制下，以所述顺序连续动作。 [0015]十分明显，在上述过程中，升力的产生是不连续的，即升力仅产生于扑动轴旋转 180°的过程中，而在提升杆将扑翼片托到上极限位置的过程中不会产生升力。为了弥补这一缺点，最简单的办法是在同一扑翼机上沿轴向安装两套这种升力生成装置，并控制扑翼片扑动的相位差为180°，即在第一套装置的扑动轴转过180°且扑翼片处于下极限位置时，第二套装置的扑翼片刚好处于上极限位置，且扑动轴开始旋转。 [0016]欲想将本发明用作水上交通工具的推进器，只需将其扑动轴铅垂安装即可