一種小型平拍翼無人撲翼的製造方法

2023-05-08 13:18:36

一種小型平拍翼無人撲翼的製造方法
【專利摘要】一種小型平拍翼無人撲翼機，屬航空【技術領域】，包括機身、尾翼、左拍翼裝置、右拍翼裝置和起落架。機身內配有操控系統、機載設備和電源設備。採用自動導航自主駕駛和遙控兩種方式飛行。左拍翼裝置和右拍翼裝置結構、參數和工作原理都相同對稱布置於機身的左右兩側，用來產生升力和推力。尾翼用來控制俯仰及轉彎飛行姿態。右拍翼裝置包括電機、主軸、擺軸、翼軸、翼片、中心齒輪、近心齒輪、擺軸套管、遠心齒輪和翼齒輪。翼片是非剛性的，呈矩形，翼型採用上凸下凹型或上凸下平型。中心齒輪與翼齒輪的傳動比為1∶1，中心齒輪固定。翼片在上下拍動的過程中不會在橫向產生水平分力，效率較高。該撲翼機可用於航拍、軍事偵查和搶險救災任務。
【專利說明】
一種小型平拍翼無人撲翼機

【技術領域】
[0001]一種小型平拍翼無人撲翼機，屬航空【技術領域】，尤其涉及一種撲翼機。

【背景技術】
[0002]傳統撲翼機的翅膀是按圓弧軌跡撲動的，翅膀上下拍動時在橫向的水平方向產生了一部分空氣動力分量，該水平方向的分量對飛行器的前行和升空都沒有正面效果，是動力的一種損耗。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是克服現有撲翼機的上述不足，發明一種效率較高的小型平拍翼無人撲翼機。
[0004]一種小型平拍翼無人撲翼機，包括機身、尾翼、左拍翼裝置、右拍翼裝置和起落架。機身內配有操控系統、機載設備和電源設備。該撲翼機飛行姿態由操控系統操縱，機載設備包括各種飛行儀器儀表和拍攝設備。機身內配置了自動導航自主駕駛裝置和遙控設備，採用自動導航自主駕駛和遙控兩種方式飛行，遠距離飛行採用自動導航自主駕駛模式，近距離飛行採用遙控模式飛行。左拍翼裝置和右拍翼裝置結構、參數和工作原理都相同，它們對稱布置於機身的左右兩側，用來產生升力和推力。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後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後段的活動部分即方向舵組成。升降舵在操控系統的操控下能上下偏轉，向上偏轉會使該撲翼機抬頭，實現上仰；向下偏轉會使該撲翼機低頭，實現下俯。方向舵在操控系統的操控下左右偏轉，能使該撲翼機向左或向右偏航。起落架採用輪式起落架。為了結構緊湊且方便左拍翼裝置和右拍翼裝置能靈活上下撲動，在機身的左右兩側分別設置了左缺口和右缺口。電源系統包括電池、電子調速器、開關及連接用電線。電池採用方便充電的鋰電池。
[0005]右拍翼裝置的具體結構為:它包括電機、主軸、擺軸、翼軸、翼片、中心齒輪、近心齒輪、擺軸套管、遠心齒輪和翼齒輪。翼片是非剛性的，翼片的前緣渾圓厚實，後緣尖細，靠近前緣的部分較硬，靠近後緣的部分較軟。翼片平面形狀呈矩形，翼型採用上凸下凹型或上凸下平型。電機固定安裝在機身右側的右缺口內，電機的輸出軸縱向水平布置，電機的輸出軸的前端與主軸的後端固連。擺軸的一端與主軸垂直固連於主軸的中段，擺軸的另一端與翼軸的前端垂直固連，主軸、擺軸和翼軸三者在同一平面內。翼軸的後端通過軸承與固定於翼片的前緣的翼齒輪相連於翼齒輪的中心孔內，翼齒輪能繞翼軸靈活轉動，翼軸與翼片共面。中心齒輪固定安裝在機身的右缺口的前壁上，主軸的前端通過軸承與中心齒輪相連於中心齒輪的中心孔內，王軸能在該中心孔內靈活轉動。王軸、中心齒輪和電機的輸出軸二者冋軸。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靈活轉動。近心齒輪和遠心齒輪分別固連於擺軸套管的兩端。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。翼齒輪的後端端頭與翼片固連於翼片的前緣的正中位置。組裝右拍翼裝置時，確保擺軸處於主軸正上方豎直位置時翼片水平布置。由於中心齒輪與翼齒輪的傳動比為1: 1，且中心齒輪固定，無論擺軸轉擺至什麼位置，翼片的前緣都會處於水平狀態。
[0006]右拍翼裝置的工作原理是:下撲過程:假設下撲起始位置為翼片處於高於過主軸的水平面的一個較高位置，從該撲翼機的尾端往前端看，起動電機，在動力的驅動下，擺軸順時針轉動，由於中心齒輪固定不動，且中心齒輪與翼齒輪的傳動比為1: 1，翼片繞主軸順時針公轉的同時，在翼齒輪的帶動下翼片會逆時針自轉，翼片的前緣會保持水平狀態下拍，沿翼展方向翼片相同弦長位置下拍的位移相同，實現向下平拍。由於翼片是非剛性的，有一定的柔度和彈性，翼片下拍時翼片的後緣要滯後翼片的前緣一些。由於翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，翼片下拍能產生較大的向上的升力和較小的向前的推力。當擺軸轉過一定角度時電機轉速變為零，完成了下撲過程。翼片向下平拍過程產生的升力較大，且效率高。上撲過程是:從翼片處於較低位置開始，操控系統控制電機反轉，在電機的驅動下，主軸逆時針轉動，帶動擺軸逆時針轉動，因中心齒輪固定不動，且中心齒輪與翼齒輪的傳動比為1: 1，翼片繞主軸逆時針公轉的同時，在翼齒輪的帶動下翼片會順時針自轉，翼片的前緣會保持水平狀態上拍，沿翼展方向翼片相同弦長位置上拍的位移相同，實現向上平拍。由於翼片是非剛性的，有一定的柔度和彈性，翼片上拍時翼片的後緣也會滯後翼片的前緣。由於翼片的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，與下拍相比，翼片的後緣滯後翼片的前緣的程度大一些。上拍翼片會產生較大的向前的推力和較小的向上的升力或不產生升力，上拍過程產生升力的大小與該撲翼機前飛的速度有關，前飛的速度越快產生的升力越大。翼片拍動的快慢和角度範圍是通過控制電機的轉速、轉向和轉角進行調節的，拍動的範圍在0°至180°之間可控可調。若上撲使擺軸轉至主軸正上方處於豎直位置，下撲使擺軸轉至主軸正下方處於豎直位置，則撲動的範圍為180°。
[0007]左拍翼裝置的工作原理與右拍翼裝置的工作原理相同。拍動的方向是對稱的，從該發明撲翼機的尾端往前端看，左拍翼裝置的主軸逆時針轉動，其翼片下拍；左拍翼裝置的主軸順時針轉動，其翼片上拍。
[0008]兩個翼片在上下拍動的過程中不會在翼展方向即橫向產生水平分力，效率較高。
[0009]左拍翼裝置和右拍翼裝置獨立分開控制，操控系統能對兩個電機的轉速、轉向和轉角範圍進行控制。撲動的幅度可調且可控，該撲翼機具較強的機動性和較高的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明一種小型平拍翼無人撲翼機的後視示意圖，此圖中，左拍翼裝置和右拍翼裝置處於下撲過程中，左翼片和右翼片處於下拍中，它們的前緣朝下，後緣朝上；圖2是本發明一種小型平拍翼無人撲翼機的俯視示意圖；圖3是圖2中右拍翼裝置的放大示意圖；圖4是右拍翼裝置的下撲過程示意圖；圖5是右拍翼裝置的上撲過程示意圖。
[0011]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-主軸，42-擺軸，43-翼軸，44-翼片，45-中心齒輪，46-近心齒輪，47-擺軸套管，48-遠心齒輪，49-翼齒輪；5_起落架；6_右撲翼裝置上撲時其擺軸的轉動方向指示左撲翼裝置下撲時其擺軸的轉動方向指示；8_右撲翼裝置下撲時其擺軸的轉動方向指示；431表示右拍翼裝置4撲動時翼軸43可能的最長運動軌跡。

【具體實施方式】
[0012]現結合附圖1~5對本發明加以具體說明:一種小型平拍翼無人撲翼機，包括機身
1、尾翼2、左拍翼裝置3、右拍翼裝置4和起落架5。機身I內配有操控系統、機載設備和電源設備。該撲翼機飛行姿態由操控系統操縱，機載設備包括各種飛行儀器儀表和拍攝設備。機身採用鋁合金或超薄型玻璃鋼等硬質輕質材料製作。機身I內配置了自動導航自主駕駛裝置和遙控設備，採用自動導航自主駕駛和遙控兩種方式飛行，遠距離飛行採用自動導航自主駕駛模式，近距離飛行採用遙控模式飛行。左拍翼裝置3和右拍翼裝置4結構、參數和工作原理都相同，它們對稱布置於機身I的左右兩側，用來產生升力和推力。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後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後段的活動部分即方向舵組成。升降舵在操控系統的操控下能上下偏轉，向上偏轉會使該撲翼機抬頭，實現上仰；向下偏轉會使該撲翼機低頭，實現下俯。方向舵在操控系統的操控下左右偏轉，能使該撲翼機向左或向右偏航。起落架5採用輪式起落架。為了結構緊湊且方便左拍翼裝置3和右拍翼裝置4能靈活上下撲動，在機身I的左右兩側分別設置了左缺口 11和右缺口 12。電源系統包括電池、電子調速器、開關及連接用電線。電池採用方便充電的鋰電池。
[0013]右拍翼裝置4的具體結構為:它包括電機40、主軸41、擺軸42、翼軸43、翼片44、中心齒輪45、近心齒輪46、擺軸套管47、遠心齒輪48和翼齒輪49。翼片44是非剛性的，翼片的前緣441渾圓厚實，後緣442尖細，靠近前緣441的部分較硬，靠近後緣442的部分較軟。翼片44平面形狀呈矩形，翼型採用上凸下凹型或上凸下平型。電機40固定安裝在機身I右側的右缺口內，電機40的輸出軸縱向水平布置，電機40的輸出軸的前端與主軸41的後端固連。擺軸42的一端與主軸41垂直固連於主軸41的中段，擺軸42的另一端與翼軸43的前端垂直固連，主軸41、擺軸42和翼軸43三者在同一平面內。翼軸43的後端通過軸承與固定於翼片的前緣441的翼齒輪49相連於翼齒輪49的中心孔內，翼齒輪49能繞翼軸43靈活轉動，翼軸43與翼片44共面。中心齒輪45固定安裝在機身I的右缺口 12的前壁上，主軸41的前端通過軸承與中心齒輪45相連於中心齒輪45的中心孔內，主軸41能在該中心孔內靈活轉動。主軸41、中心齒輪45和電機40的輸出軸三者同軸。擺軸套管47通過軸承套裝在擺軸42的外周，擺軸42能在擺軸套管47內靈活轉動。近心齒輪46和遠心齒輪48分別固連於擺軸套管47的兩端。近心齒輪46與中心齒輪45嚙合，中心齒輪45與近心齒輪46的傳動比為1:1。遠心齒輪48與翼齒輪49嚙合,其傳動比為1:1。翼齒輪49的後端端頭與翼片44固連於翼片的前緣441的正中位置。組裝右拍翼裝置4時，確保擺軸42處於主軸41正上方豎直位置時翼片44水平布置。由於中心齒輪45與翼齒輪49的傳動比為1: 1，且中心齒輪45固定，無論擺軸42轉擺至什麼位置，翼片的前緣441都會處於水平狀態。
[0014]右拍翼裝置4的工作原理是:下撲過程:假設下撲起始位置為翼片44處於高於過主軸41的水平面的一個較高位置，從該撲翼機的尾端往前端看，起動電機40，在動力的驅動下，擺軸42順時針轉動，由於中心齒輪45固定不動，且中心齒輪45與翼齒輪49的傳動比為1: 1，翼片44繞主軸41順時針公轉的同時，在翼齒輪49的帶動下翼片44會逆時針自轉，翼片的前緣441會保持水平狀態下拍，沿翼展方向翼片44相同弦長位置下拍的位移相同，實現向下平拍。由於翼片44是非剛性的，有一定的柔度和彈性，翼片44下拍時翼片的後緣442要滯後翼片的前緣441 一些。由於翼片44的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，翼片44下拍能產生較大的向上的升力和較小的向前的推力。當擺軸42轉過一定角度時電機40轉速變為零，完成了下撲過程。翼片44向下平拍過程產生的升力較大，且效率高。上撲過程是:從翼片44處於較低位置開始，操控系統控制電機40反轉，在電機40的驅動下，主軸41逆時針轉動，帶動擺軸42逆時針轉動，因中心齒輪45固定不動，且中心齒輪45與翼齒輪49的傳動比為1: 1，翼片44繞主軸41逆時針公轉的同時，在翼齒輪49的帶動下翼片44會順時針自轉，翼片的前緣441會保持水平狀態上拍，沿翼展方向翼片44相同弦長位置上拍的位移相同，實現向上平拍。由於翼片44是非剛性的，有一定的柔度和彈性，翼片44上拍時翼片的後緣442也會滯後翼片的前緣441。由於翼片44的翼型是上凸下凹型或上凸下平型，與下拍相比，翼片的後緣442滯後翼片的前緣441的程度大一些。上拍翼片44會產生較大的向前的推力和較小的向上的升力或不產生升力，上拍過程產生升力的大小與該撲翼機前飛的速度有關，前飛的速度越快產生的升力越大。翼片44拍動的快慢和角度範圍是通過控制電機40的轉速、轉向和轉角進行調節的，拍動的範圍在0°至180°之間可控可調。若上撲使擺軸42轉至主軸41正上方處於豎直位置，下撲使擺軸42轉至主軸41正下方處於豎直位置，則撲動的範圍為180°。
[0015]左拍翼裝置3的工作原理與右拍翼裝置4的工作原理相同。拍動的方向是對稱的，從該發明撲翼機的尾端往前端看，左拍翼裝置3的主軸逆時針轉動，其翼片下拍；左拍翼裝置3的主軸順時針轉動，其翼片上拍。
[0016]兩個翼片在上下拍動的過程中不會在翼展方向即橫向產生水平分力，效率較高。
[0017]左拍翼裝置3和右拍翼裝置4獨立分開控制，操控系統能對兩個電機的轉速、轉向和轉角範圍進行控制。撲動的幅度可調且可控，該撲翼機具較強的機動性和較高的安全性。
[0018]機身I內配有攝像機及信息處理系統，能進行航拍，能將拍攝的影像信息傳送到地面設備。機上和地面配置匹配的遙控設備該撲翼機能實現遙控飛行。
[0019]該撲翼機採用手投方式起飛或採用跑道滑行方式起飛；將兩個翼片鎖定在同高的過該撲翼機重心的水平位置或高於該水平位置，方便該撲翼機滑翔或降落。
[0020]本發明一種小型平拍翼無人撲翼機可用於航拍、地理測量、交通執勤、農林作業、軍事偵查和搶險救災等多種任務。
【權利要求】
1.一種小型平拍翼無人撲翼機，包括機身(I)、尾翼(2)、左拍翼裝置(3)、右拍翼裝置(4)和起落架(5)，其特徵在於:機身(I)內配有操控系統、機載設備和電源設備；機身(I)內配置了自動導航自主駕駛裝置和遙控設備，採用自動導航自主駕駛和遙控兩種方式飛行；左拍翼裝置(3)和右拍翼裝置(4)結構、參數和工作原理都相同，它們對稱布置於機身(I)的左右兩側；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後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後段的活動部分即方向舵組成；升降舵在操控系統的操控下能上下偏轉；方向舵在操控系統的操控下能左右偏轉；起落架(5)採用輪式起落架；機身(I)的左右兩側分別設置了左缺口(11)和右缺口(12);電源設備包括電池；右拍翼裝置(4)的具體結構為:它包括電機(40)、主軸(41)、擺軸(42)、翼軸(43)、翼片(44)、中心齒輪(45)、近心齒輪(46)、擺軸套管(47)、遠心齒輪(48)和翼齒輪(49);翼片(44)是非剛性的，翼片的前緣(441)渾圓厚實，後緣(442)尖細，靠近前緣(441)的部分較硬，靠近後緣(442)的部分較軟；電機(40)固定安裝在機身(I)右缺口內，電機(40)的輸出軸縱向水平布置，電機(40)的輸出軸的前端與主軸(41)的後端固連；擺軸(42)的一端與主軸(41)垂直固連於主軸(41)的中段，擺軸(42)的另一端與翼軸(43)的前端垂直固連,主軸(41)、擺軸(42)和翼軸(43)三者在同一平面內；翼軸(43)的後端通過軸承與固定於翼片的前緣(441)的翼齒輪(49)相連於翼齒輪(49 )的中心孔內，翼軸(43 )與翼片(44 )共面；中心齒輪(45 )固定安裝在機身(I)的右缺口(12)的前壁上，主軸(41)的前端通過軸承與中心齒輪(45)相連於中心齒輪(45)的中心孔內；主軸(41)、中心齒輪(45)和電機(40)的輸出軸三者同軸；擺軸套管(47)通過軸承套裝在擺軸(42)的外周；近心齒輪(46)和遠心齒輪(48)分別固連於擺軸套管(47)的兩端；近心齒輪(46)與中心齒輪(45)嚙合，遠心齒輪(48)與翼齒輪(49)嚙合，中心齒輪(45)與翼齒輪(49)的傳動比為1:1 ;翼齒輪(49)的後端端頭與翼片(44)固連於翼片的前緣(441)的正中位置；擺軸(42)處於主軸(41)正上方豎直位置時翼片(44)水平布置。
2.根據權利要求1所述的一種小型平拍翼無人撲翼機，其特徵在於:電池採用方便充電的鋰電池。
3.根據權利要求1所述的一種小型平拍翼無人撲翼機，其特徵在於:機身(I)內配有攝像機及信息處理系統，能將拍攝的影像信息傳送到地面設備。
4.根據權利要求1所述的一種小型平拍翼無人撲翼機，其特徵在於:兩個翼片相同，平面形狀呈矩形，翼型採用上凸下凹型或上凸下平型。
5.根據權利要求1或4所述的一種小型平拍翼無人撲翼機，其特徵在於:兩個翼片能鎖定在同高的過該撲翼機重心的水平位置或高於該水平位置。
6.根據權利要求1或4所述的一種小型平拍翼無人撲翼機，其特徵在於:翼片拍動的快慢和角度範圍是通過控制相應的電機的轉速、轉向和轉角進行調節的，拍動的範圍在0°至180°之間可控可調。
7.根據權利要求1所述的一種小型平拍翼無人撲翼機，其特徵在於:左拍翼裝置(3)和右拍翼裝置(4)獨立分開控制。
【文檔編號】B64C33/00GK104443379SQ201410769499
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】王志成 申請人:佛山市神風航空科技有限公司