專利名稱：滑動(dòng)翼式升力生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種滑動(dòng)翼式升力生成裝置，屬于撲翼機(jī)領(lǐng)域。其原理和結(jié)構(gòu)形式亦可用作水上交通工具的推進(jìn)器。
背景技術(shù)：
人類渴望模仿鳥(niǎo)類在天空中獨(dú)往獨(dú)來(lái)、自由自在地飛翔，但卻另辟蹊徑地實(shí)現(xiàn)了自己的飛行愿望——所有卓有成效的飛行器并非具有像鳥(niǎo)類一樣煽動(dòng)的翅膀(撲翼)，而是基于不斷完善的“機(jī)翼理論”研制而成。人類研究“仿生飛行”的歷史充滿艱辛和失敗，并有人斷言人類不可能借助撲翼實(shí)現(xiàn)飛行。盡管如此，闖過(guò)各種科技難關(guān)的現(xiàn)代人仍不甘心放棄“仿生飛行”。在他們看來(lái)，只有鳥(niǎo)類飛翔才是個(gè)性化的，它無(wú)需現(xiàn)代化的機(jī)場(chǎng)、綿長(zhǎng)堅(jiān)實(shí)的跑道、龐大的后勤支援。當(dāng)你用“撲翼飛機(jī)”和“ornithopter”對(duì)中、外專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索時(shí)，大量相關(guān)申請(qǐng)文件會(huì)展現(xiàn)在你的眼前；媒體也報(bào)道過(guò)一些大型的或微型的樣機(jī)，如2006年9月中國(guó)航空信息網(wǎng)曾報(bào)道“加拿大實(shí)現(xiàn)有人駕駛撲翼機(jī)飛行。這架試飛的撲翼機(jī)編號(hào)為C-GPTR，在同年7月8日進(jìn)行了3次滑跑試驗(yàn)，并在最后一次滑跑過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了離地起飛并維持。當(dāng)該機(jī)達(dá)到大約80千米/小時(shí)的滑行速度時(shí)，試飛員將油門(mén)桿推到最大位置，此時(shí)撲翼頻率為1赫茲，機(jī)體成功離開(kāi)了跑道，并以約89千米/小時(shí)的速度、在距離地面大約1米的高度向前平飛了10秒，總飛行距離330米，留空時(shí)間只有14秒?！保瑥恼掌锌梢钥闯?，它采用的是連桿機(jī)構(gòu)。http:∥news.xinhuanet.com/2003年12月15日?qǐng)?bào)道了南京航空航天大學(xué)胡鈴心和段文博在該校微型飛行器專家昂海松教授的帶領(lǐng)下，采用三連桿撲動(dòng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)制作的微型撲翼飛機(jī)只有38克重，能在空中飛6分鐘，飛行高度達(dá)到50米。
事實(shí)上，不能原地起落的加拿大撲翼機(jī)不是真正意義上的撲翼飛機(jī)；而南京航空航天大學(xué)的撲翼機(jī)升力極其有限，有效荷載僅僅為38克；且兩者的留空時(shí)間均很短暫。究其原因在于上下煽動(dòng)的撲翼會(huì)抵消一部分升力，效率低下；此外，高速運(yùn)行的多連桿機(jī)構(gòu)的可靠性也不會(huì)很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種滑動(dòng)翼式升力生成裝置，它可借助鉸接有多個(gè)弧形翼片的兩個(gè)鼓輪在相對(duì)單向轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生升力，從而比上下煽動(dòng)的撲翼具有更高的效率，結(jié)構(gòu)也較連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加可靠。其設(shè)計(jì)思想是將飛行過(guò)程中鳥(niǎo)翼所具有的產(chǎn)生升力和滑翔的雙重功能區(qū)別開(kāi)來(lái)，并將其中的滑翔功能讓其它“靜止”構(gòu)件承擔(dān)(與本專利申請(qǐng)無(wú)關(guān))，從而使“仿生飛行”的設(shè)計(jì)目標(biāo)和實(shí)施方案集中在利用撲翼原理(向下煽動(dòng)空氣)產(chǎn)生升力的機(jī)構(gòu)上，但又有異于進(jìn)、出氣流在同一軸線上的軸流風(fēng)機(jī)。
滑動(dòng)翼式升力生成裝置是將兩套結(jié)構(gòu)相同的總成軸對(duì)稱地固連在一起，而每套總成都包括轉(zhuǎn)軸、翼片、減摩套筒、套筒軸、整流罩、弧狀窄條導(dǎo)軌、端板和軸承，而轉(zhuǎn)軸是由兩塊夾持翼片并允許翼片在其間滑動(dòng)的條形夾板和端部的兩段同軸線軸頭組成。其中，翼片是一塊剛性矩形板，減摩套筒套裝在與翼片的兩個(gè)短邊分別固連的套筒軸上，以減小翼片短邊緊貼整流罩內(nèi)壁滑動(dòng)時(shí)的阻力。兩塊圓形端板固連在包角為90°～120°的圓弧狀整流罩的兩端，兩塊端板內(nèi)側(cè)的距離略大于所述條形夾板的長(zhǎng)度；兩個(gè)軸承分別固裝在端板上的兩個(gè)同軸線偏心孔內(nèi)。裝有翼片的轉(zhuǎn)軸借助兩個(gè)軸頭在軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確保裝有翼片的轉(zhuǎn)軸能在整流罩內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，要求一.所述條形夾板的寬度大于使翼片自鎖的最小寬度；二.包括減摩套筒在內(nèi)的翼片長(zhǎng)度略小于所有過(guò)端板上偏心孔圓心的弦中的最小值；三.在整流罩橫斷面的開(kāi)口處加裝與整流罩等曲率的弧狀窄條導(dǎo)軌，以避免因離心力甩出的翼片被整流罩的母線邊卡住。所述的“兩套總成軸對(duì)稱地固連在一起”是指將兩片圓弧狀整流罩背對(duì)背地固連成一體。
將上述裝置安裝在飛行器上時(shí)，整流罩位于上方，兩根轉(zhuǎn)軸處于同一水平面內(nèi)，且分別向內(nèi)旋轉(zhuǎn)(即面向轉(zhuǎn)軸的一端，左側(cè)的轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右側(cè)的轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn))，于是，兩個(gè)翼片因離心力的作用向外滑動(dòng)并撥動(dòng)空氣向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)左右兩個(gè)伸展出的翼片越過(guò)鉛垂面后，夾于其間的氣流因向上的通道被整流罩阻斷也只能向下運(yùn)動(dòng)；而后，兩個(gè)翼片在弧形導(dǎo)軌和整流罩的限制下縮回，直至重復(fù)上述過(guò)程。升力便在氣流向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生。
為了提高轉(zhuǎn)軸撥動(dòng)空氣的頻率且沿軸線對(duì)稱，可采用三段式條形夾板，即在兩塊三倍于上述條形夾板長(zhǎng)度的夾板中部加工出可固裝一對(duì)翼片夾板的長(zhǎng)條孔并固裝兩塊上述的條形夾板；于是，中部的翼片與其兩側(cè)的翼片正交。采用這種結(jié)構(gòu)后，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)過(guò)90°翼片就可撥動(dòng)一次空氣；而裝有一個(gè)翼片的轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)過(guò)180°才撥動(dòng)一次空氣。
整流罩的位置決定不同翼片外伸和縮回的時(shí)間，從而影響產(chǎn)生的升力的大小。整流罩的最佳位置可由理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定。


圖1滑動(dòng)翼式升力生成裝置橫斷面結(jié)構(gòu)示意2滑動(dòng)翼式升力生成裝置縱向結(jié)構(gòu)示意3滑動(dòng)翼式升力生成裝置的三段式轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
如圖1、圖2所示，滑動(dòng)翼式升力生成裝置是將兩套結(jié)構(gòu)相同的總成軸對(duì)稱地固連在一起，而每套總成都包括轉(zhuǎn)軸1、翼片2、減摩套筒3、套筒軸4、整流罩5、弧狀窄條導(dǎo)軌6、端板7和軸承8，而轉(zhuǎn)軸1是由兩塊夾持翼片2并允許翼片2在其間滑動(dòng)的條形夾板11和端部的兩段同軸線軸頭12組成。其中，翼片2是一塊剛性矩形板，減摩套筒3套裝在與翼片2的兩個(gè)短邊分別固連的套筒軸4上，以減小翼片2短邊緊貼整流罩5內(nèi)壁滑動(dòng)時(shí)的阻力。兩塊圓形端板7固連在包角為90°～120°的圓弧狀整流罩5的兩端，兩塊端板7內(nèi)側(cè)的距離略大于所述條形夾板11的長(zhǎng)度；兩個(gè)軸承8分別固裝在兩塊端板7上的同軸線偏心孔內(nèi)。裝有翼片2的轉(zhuǎn)軸1借助兩個(gè)軸頭12在軸承8內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確保裝有翼片2的轉(zhuǎn)軸1能在整流罩5內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，要求一.所述條形夾板11的寬度大于使翼片2自鎖的最小寬度；二.包括減摩套筒3在內(nèi)的翼片2的長(zhǎng)度略小于過(guò)端板7上偏心孔圓心的所有弦中的最小值；三.在整流罩5橫斷面的開(kāi)口處加裝與整流罩5等曲率的弧狀窄條導(dǎo)軌6，以避免因離心力甩出的翼片2被整流罩5的母線邊卡住。所述的“兩套總成軸對(duì)稱地固連在一起”是指將兩片圓弧狀整流罩5背對(duì)背地固連成一體。
將上述裝置安裝在飛行器上時(shí)，整流罩5位于上方，兩根轉(zhuǎn)軸1處于同一水平面內(nèi)，且分別向內(nèi)旋轉(zhuǎn)(即面向轉(zhuǎn)軸1的一端，左側(cè)的轉(zhuǎn)軸1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右側(cè)的轉(zhuǎn)軸1順時(shí)針旋轉(zhuǎn))，于是，兩個(gè)翼片2因離心力的作用向外滑動(dòng)并撥動(dòng)空氣向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)左右兩個(gè)伸展出的翼片2越過(guò)鉛垂面后，夾于其間的氣流因向上的通道被整流罩5阻斷也只能向下運(yùn)動(dòng)；而后，兩個(gè)翼片2在弧狀窄條導(dǎo)軌6和整流罩5的限制下縮回，直至重復(fù)上述過(guò)程。升力便在氣流向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生。
如圖3所示，為了提高轉(zhuǎn)軸1撥動(dòng)空氣的頻率且沿軸線對(duì)稱，條形夾板11還可采用三段式條形夾板11′，即在兩塊三倍于上述條形夾板11長(zhǎng)度的夾板中部加工出可固裝一對(duì)翼片夾板的長(zhǎng)條孔并固裝兩塊上述的條形夾板11；于是，中部的翼片2與其兩側(cè)的翼片2正交。采用這種結(jié)構(gòu)后，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)過(guò)90°翼片就可撥動(dòng)一次空氣；而裝有一個(gè)翼片的轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)過(guò)180°才撥動(dòng)一次空氣。
本發(fā)明比上下煽動(dòng)的撲翼具有更高的效率，結(jié)構(gòu)也較連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加可靠。
權(quán)利要求
1.一種滑動(dòng)翼式升力生成裝置，其特征在于它是將兩套結(jié)構(gòu)相同的總成軸對(duì)稱地固連在一起，而每套總成都包括轉(zhuǎn)軸(1)、翼片(2)、減摩套筒(3)、套筒軸(4)、整流罩(5)、弧狀窄條導(dǎo)軌(6)、端板(7)和軸承(8)，而轉(zhuǎn)軸(1)是由兩塊夾持翼片(2)并允許翼片(2)在其間滑動(dòng)的兩塊條形夾板(11)和端部的兩段同軸線軸頭(12)組成；其中，翼片(2)是一塊剛性矩形板，減摩套筒(3)套裝在與翼片(2)的兩個(gè)短邊分別固連的套筒軸(4)上；兩塊圓形端板(7)固連在包角為90°～120°的圓弧狀整流罩(5)的兩端，兩塊端板(7)內(nèi)側(cè)的距離略大于所述條形夾板(11)的長(zhǎng)度；兩個(gè)軸承(8)分別固裝在兩塊端板(7)上的同軸線偏心孔內(nèi)；轉(zhuǎn)軸(1)的兩個(gè)軸頭(12)穿過(guò)軸承(8)；與整流罩(5)等曲率的弧狀窄條導(dǎo)軌(6)加裝在整流罩(5)橫斷面的開(kāi)口處；兩套總成軸對(duì)稱地固連在一起是指將兩片圓弧狀整流罩(5)背對(duì)背地固連成一體。
2.如權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)翼式升力生成裝置，其特征在于條形夾板(11)還可采用三段式條形夾板(11′)，即在兩塊三倍于上述條形夾板(11)長(zhǎng)度的夾板中部再正交地插裝一對(duì)翼片夾板。
全文摘要
一種滑動(dòng)翼式升力生成裝置，屬于撲翼飛機(jī)領(lǐng)域。它是將兩套結(jié)構(gòu)相同的總成軸對(duì)稱地固連在一起，而每套總成都包括轉(zhuǎn)軸、翼片、減摩套筒、套筒軸、整流罩、弧狀窄條導(dǎo)軌、端板和軸承，而轉(zhuǎn)軸是由兩塊夾持剛性矩形板狀翼片并允許翼片在其間滑動(dòng)的條形夾板和端部的兩段同軸線軸頭組成；減摩套筒套裝在與翼片的兩個(gè)短邊分別固連的套筒軸上，兩塊圓形端板固連在包角為90°～120°的圓弧狀整流罩的兩端；兩個(gè)軸承分別固裝在端板上的兩個(gè)同軸線偏心孔內(nèi)。當(dāng)處于同一水平面內(nèi)的兩根轉(zhuǎn)軸分別向內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，因離心力作用而向外滑動(dòng)的兩個(gè)翼片將撥動(dòng)空氣向下運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生升力。本發(fā)明比上下煽動(dòng)的撲翼具有更高的效率，結(jié)構(gòu)也較連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加可靠。
文檔編號(hào)A63H27/00GK101020504SQ20071007187
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者吳國(guó)輝, 鄭全逸 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)