[发明专利]一种无人扑翼飞行器

说明书

技术领域

一种无人扑翼飞行器，属航空技术领域，尤其涉及一种扑翼飞行器。

背景技术

传统的扑翼机靠翼片的上下煽动来产生升力，翼片上扬时阻力较大，效率较低，能产生的升力有限，很难实现重载飞行；专利号为ZL200910073435.8的中国专利公开的一种结构较复杂的靠扑翼提升机构使扑翼片复位的扑翼升力生成装置，虽然效率较传统扑翼高些，但翼片下扑过程中，只有中间位置翼片处于水平位置，其它时候翼片与水平面都存在一个夹角，越离开中间位置夹角越大，产生的升力是翼片作用力的竖直方向的分量，水平方向的分量成了损耗，故该现有技术的扑翼装置产生升力的效率有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有扑翼机的上述不足，发明一种结构简单的效率更高的无人扑翼飞行器。

一种无人扑翼飞行器，主要由机身、尾翼、左扑翼装置、右扑翼装置和起落架组成。机身内配有操控系统、电源系统、机载设备和重心调节装置。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动部分即升降舵组成，垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段的活动部分即方向舵组成。升降舵在操控系统的操控下上下偏转使该飞行器上仰或下俯。方向舵在操纵系统的操控下左右偏转，使该飞行器向左或向右偏航。左扑翼装置和右扑翼装置结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身的左右两侧，用来产生升力。机身的左右两侧对称分布着左缺口和右缺口，它们是为了方便左扑翼装置和右扑翼装置的上下扑动而设置的，该飞行器结构紧凑。起落架采用滑撬式起落架。操控系统包括操纵装置和自动导航装置或遥控装置。电源系统包括电池、电子调速器、开关及连接用电线。电池采用方便充电的锂电池。重心调节装置包括滑架、导轨和调心舵机，组成电源系统的电池安装在滑架上，在操控系统的控制下，调心舵机牵引滑架沿导轨前后滑动来调节该飞行器的重心位置，从而实现该飞行器的向前、向后或悬停飞行姿态。

右扑翼装置包括电机、摆轴、翼轴、翼片、中心轴、单向轴承、中心齿轮、近心齿轮、摆轴套管、远心齿轮和翼齿轮。翼片为矩形平板刚性翼片。电机固定安装在机身右侧的右缺口内，电机的输出轴纵向水平布置。电机的输出轴的前端与摆轴的一端垂直固连，摆轴的另一端与翼轴的前端垂直固连，电机的输出轴、摆轴和翼轴三者在同一平面内。翼轴的后端通过轴承与固定于翼片前边的翼齿轮相连于翼齿轮的中心孔内，翼齿轮能绕翼轴灵活转动，翼轴与翼片共面。中心轴的前端固定安装在机身的右缺口的前壁上，中心轴的后段通过单向轴承与中心齿轮相连于中心齿轮的中心孔内，中心轴与单向轴承的内圈固连，单向轴承的外圈与中心齿轮固连。中心轴、单向轴承、中心齿轮和电机的输出轴四者同轴。单向轴承采用只能向一个方向转动的轴承。从该飞行器的尾端往前端看：单向轴承的内圈是固定的，其外圈只能向逆时针方向转动而不能向顺时针方向转动。组装右扑翼装置时，确保摆轴处于电机的输出轴正上方竖直位置时翼片水平布置。摆轴套管通过轴承套装在摆轴的外周，摆轴能在摆轴套管内灵活转动。近心齿轮和远心齿轮分别固连于摆轴套管的两端。近心齿轮与中心齿轮啮合，中心齿轮与近心齿轮的传动比为1∶1。远心齿轮与翼齿轮啮合，其传动比为1∶1。翼齿轮的后端端头与翼片固连于翼片前边的正中位置。

右扑翼装置的工作原理是：下扑过程：下扑起始位置为摆轴竖直布置于电机的输出轴的正上方即摆轴处于12点钟位置，此时翼片处于水平位置并位于最高处，从该飞行器的尾端往前端看，起动电机，在动力的驱动下，摆轴顺时针转动，由于单向轴承的作用，中心齿轮固定不动，由于中心齿轮与翼齿轮的传动比为1∶1，翼齿轮带动翼片逆时针自转，保持翼片处于水平位置下扑，当摆轴转至电机的输出轴正下方处于竖直位置即摆轴处于6点钟位置时电机转速为零，此时翼片处于最低位置，完成了下扑过程。翼片水平下扑过程产生的升力较大，且效率高。上扬过程：从翼片处于最低位置开始，由操控系统控制电机反转，在动力的驱动下，摆轴逆时针转动，翼片受空气的阻力会自动寻找低阻方向上扬，由于上扬过程中心齿轮摆脱单向轴承的约束，会在近心齿轮的带动下逆时针转动，翼片将保持与摆轴垂直状态上扬，即切向上扬。当摆轴转至电机的输出轴正上方处于竖直位置即摆轴又回到12点钟位置时电机停止转动，此时翼片处于最高位置且水平布局，完成了上扬过程，右扑翼装置回到了下扑过程的起始状态。翼片切向上扬，阻力较小。控制系统控制电机再换向转动，将进入下一个扑动周期，摆轴如此反复转摆180°实现翼片连续下扑和上扬运动过程，产生向上的升力，扑动越快，产生的升力越大，若该飞行器的重心往前移动则该升力的向前的分力就成了推力能使该飞行器向前飞行。