專利名稱：具有羽翼翼形的渦輪式飛盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種益智娛樂玩具一具有羽翼翼形的渦輪式飛盤，按國際專利技術(shù)分類為A63H 27/127玩具飛陀螺
背景技術(shù)：
竹蜻蜓，在公元前一千五百年的商朝就已出現(xiàn)在中國的西南地區(qū)，現(xiàn)在世界各地已廣為流行。因為科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和廣大愛好者的參與改良，竹蜻蜓早已有了各種變異，它可以飛得更高留空時間更長，增強(qiáng)了它的娛樂性。飛盤，近五十年又出現(xiàn)了飛盤風(fēng)靡世界經(jīng)久不衰，使人們娛樂的同時還鍛煉了身體。飛去來器，一種曾作為澳大利亞一些地區(qū)土著人的狩獵工具，擲出后可以利用空氣動力學(xué)原理飛回來的打獵用具?！け緦嵱眯滦途邆淞艘陨先N器物各自的特點，它們是對本實用新型的理解、檢索、審查有用的技術(shù)。它們的原理已廣為人們所公知，故不再引證文獻(xiàn)資料。由于本實用新型將羽翼翼型的旋翼安排在飛盤上，所以飛盤飛翔的特性變得更加突出，將飛得更高、飛得更遠(yuǎn)、留空時間長，回得來而且落得穩(wěn)，趣味性更強(qiáng)。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題I.要解決留空時間短；2.要解決飛行姿態(tài)不平穩(wěn)、不流暢；3.要解決玩法單一，趣味性不持久。4.要解決科技層次不高，而且不夠豐富，使寓教于樂難于湊效。技術(shù)方案技術(shù)基礎(chǔ)本實用新型的核心技術(shù)來自以鳥類羽翼撲擊空氣產(chǎn)生升力和推力的撲翼空氣動力學(xué)，將鳥類飛行時羽翼與空氣相作用的空氣動力學(xué)現(xiàn)象重現(xiàn)在渦輪式飛盤的旋翼上，來達(dá)到提高飛盤的飛行效果，增加趣味性，通過娛樂活動普及科學(xué)技術(shù)知識。簡單介紹一下?lián)湟砜諝鈩恿W(xué)。在研究鳥類羽翼的過程中發(fā)現(xiàn)它們共同的特點，即翼下面都有一個穹隆，翼的上面都有一條凸起的翼脊。由于鷹、鶴、雁、鴿、雀等各種鳥類的羽翼々形均不盡相同，使我們無從得到標(biāo)準(zhǔn)羽翼々形的各項參數(shù)，只好在今后的實驗階段再作進(jìn)一步的研究，現(xiàn)在根據(jù)它們翼形的共同的特點總結(jié)設(shè)定了最初進(jìn)行實驗的翼形特征，并約定相關(guān)部位的名稱，如圖I所示翼下面的穹隆和與之對應(yīng)，翼上面的翼脊應(yīng)該位于前半部分的中部，即1/4分切點前后，穹隆高度約為翼弦長度的5% 15%，穹隆的前面與翼脊的前面都是由弧線向前緣自然過渡，穹隆的后面被稱作迎面，它與翼脊的后面都是以弧線自然過渡為直線向后緣連接。研究過程中，還始終明確必須首先搞明白撲翼空氣動力學(xué)原理，然后依照飛行理論的指導(dǎo)去探尋人類的撲翼飛行解決之道。首先將羽翼與空氣相作用的幾種情況進(jìn)行了分析，現(xiàn)將其中四種比較典型的情況介紹如下第一種，大型鳥類上下?lián)鋭映岚蚱脚芷痫w最初的情況，如圖2所示。羽翼的翼弦與空氣呈90°相作用，我們看到穹隆的前、后面(迎面)是角度不同而相向的兩個斜面，當(dāng)空氣壓向穹隆時，與空氣接觸角度小的斜面(前面)最先被空氣擠入，于是在兩個斜面之間形成了壓縮氣室，在后續(xù)氣流作用下產(chǎn)生了多米諾骨牌效應(yīng)，壓向穹隆的空氣全被推向后緣，在后緣逸出時形成推力。這一分析也是對“為什么撲翼撲擊出來的空氣具有方向性”的解釋。羽翼的撲擊同時使翼上面產(chǎn)生負(fù)壓，上下翼面的壓強(qiáng)差即是升力。分析顯示了翼弦是進(jìn)氣口，后緣是出氣口，進(jìn)、出氣口的口徑與氣流速度成反比。第二種，鳥類進(jìn)入定常飛行狀態(tài)的分析，如圖3所示，定常飛行中羽翼與氣流相作·用的分析是依飛行速度線和撲擊速度線復(fù)合而成的復(fù)合速度線進(jìn)行的，是撲翼飛行中切實顯示產(chǎn)生升力和推力的最基本的撲擊氣動分析圖，它顯示了羽翼是如何將與飛行速度相同、方向相反的氣流加速成為推力的，與圖2相比“進(jìn)氣口”的形狀有了很大改變，進(jìn)氣量也有增加。第三種，鳥類進(jìn)入滑翔飛行狀態(tài)的分析，如圖4所示，滑翔中的飛鳥展開雙翼與氣流作用，此時它要借自身重力不斷降低高度來增加雙翼與氣流的作用，所以雖然保持著平飛的姿態(tài)，取得的卻是一條由高而低的飛行軌跡。說明穹隆的迎面與氣流作用并受到后續(xù)氣流的擠壓，氣體從后緣擠出時仍然形成推力。另外，飛鳥借助上升氣流也可以提升自己的滑翔高度。第四種，垂直起降的氣動力分析，如圖5所示，當(dāng)鳥兒需要垂直起飛時，它會一躍而起豎立著身體兩翼水平方向前后奮力疾速撲擊空氣，驅(qū)使壓縮氣體按一定方向從撲翼前緣向后緣移動的關(guān)鍵仍然是穹隆的前面，略為小的接觸角度使從前面進(jìn)入的空氣將整個氣室的空氣推向后緣并擠出，形成推力。與第一種情況的不同只在于體位和方向不同，速度和力度不同，穹隆處的氣動力原理是完全一樣的。與其它幾種飛行狀態(tài)不一樣，這時的推力和升力相重合成為一個力，我們叫它推升力，推升力大于重力時起飛；推升力等于重力時懸停；推升力小于重力時降落。從氣動分析圖上可以看到它所形成的進(jìn)氣口與翼弦重合，出氣口仍然是后緣，說明空氣被最大限度地加速了，也說明它需要最大的撲擊力度，并且所產(chǎn)生的克服自身重力的推升力也相當(dāng)強(qiáng)勁。綜上我們獲得了 “撲翼空氣動力學(xué)”理論性初步認(rèn)識I、在撲翼飛行過程中無論是起飛、常飛、滑翔或垂直起降等，哪一種飛行狀態(tài)，撲翼都與氣流相互作用產(chǎn)生升力和推力。2、從空氣動力學(xué)分析圖上可以觀察到在撲翼下面的穹隆處形成壓縮氣室，氣流由“進(jìn)氣口 ”進(jìn)入到氣室，被加速后從“出氣口”逸出時形成直接推力，撲翼撲擊空氣是撲翼作為發(fā)動機(jī)直接將空氣加速產(chǎn)生反作用推力的過程；3、在撲翼上面向上凸起的“翼脊”處，依流體連續(xù)性定理和伯努利定理，氣流速度加大，從而使上表面的壓強(qiáng)減小。由于撲翼上面壓強(qiáng)小，下面壓縮氣室壓強(qiáng)大，兩者之差就形成了升力。[0026]方案設(shè)計渦輪式飛盤拋出時旋轉(zhuǎn)的慣性力使飛盤盤面上的渦輪像直升機(jī)的旋翼與空氣相作用一樣產(chǎn)生升力，慣性力消失后渦輪式飛盤上的渦輪又利用所獲得的勢能在降落的過程與空氣繼續(xù)作用產(chǎn)生升力，減緩降落速度。旋翼上接近外環(huán)的位置壓強(qiáng)大，接近內(nèi)環(huán)的位置壓強(qiáng)小，所以設(shè)計了隔墻將旋翼進(jìn)行分區(qū)。渦輪式飛盤將竹蜻蜓、飛盤和飛去來器的特性集于一身，而且又添加了羽翼翼型的旋翼與空氣相作用產(chǎn)生升力和推力的新技術(shù)。并且仍然可以按照它們以前的方法玩或使用，需要提醒使用者的是渦輪式飛盤的飛行須要其依照旋翼與空氣相作用的固有旋轉(zhuǎn)方向自旋，否則旋翼不與空氣相作用，是完全沒有飛行效果的。渦輪式飛盤可以有三種玩法I.像竹蜻蜓一樣用雙手搓動軸桿，其運動方向向上；2.單手拋出，離手時帶動其自轉(zhuǎn)，其運動軌跡從高度上說是拋物線，從平面看是一 個橢圓形；3.用工具帶動軸柄使其以更高的速度自轉(zhuǎn)，例如以拉動纏繞于軸桿上的繩索、拉動咬合于軸桿上齒輪的軟齒條等方法。渦輪式飛盤有兩種器形設(shè)計渦輪式飛盤兩種設(shè)計的共同特點是有完全一樣的渦輪，渦輪則是由數(shù)目不等的羽翼翼型的旋翼均布于飛盤一周而成。這些旋翼取定常飛行中羽翼與氣流相作用的角度——迎角，它大約是3°至8°。這一合適的數(shù)據(jù)應(yīng)該在試驗后得出。這里將會出現(xiàn)一個問題，就是當(dāng)飛行中飛盤初始的慣性旋轉(zhuǎn)力消失之后，旋翼的迎角所產(chǎn)生的阻力使飛盤停止了旋轉(zhuǎn)發(fā)生墜落。為了防止這種情況發(fā)生，需要將對應(yīng)的一對或兩對旋翼安排成小迎角，使它產(chǎn)生的推力多于它所產(chǎn)生的升力，保證飛盤一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)?；蛘?，將每一片旋翼外端的一段安排成小迎角產(chǎn)生推力，而所有的旋翼都以相同的迎角進(jìn)行安裝。像飛盤或飛去來器一樣平飛玩法的渦輪式飛盤中心留空沒有軸柄，其外環(huán)直徑在300mm左右較為適宜，稱其為一型飛盤，見圖6。像竹蜻蜓一樣直升玩法的渦輪式飛盤中心置軸柄，其外環(huán)直徑在200mm左右較為適宜，稱其為二型飛盤。見圖7;在商業(yè)運作中也可以設(shè)計成一物兩用的套裝商品，但是直徑不宜過大，應(yīng)趨近二型。有益效果撲翼空氣動力學(xué)告訴我們撲翼與空氣相作用使撲翼的上下面產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，這個壓強(qiáng)差就是升力。我們將這一特性運用到旋翼上，使以往旋翼從上面吸進(jìn)空氣推向下方形成升力發(fā)生了很大的變化，毫無疑問地產(chǎn)生了節(jié)能效果。撲翼翼形的渦輪旋翼在剛剛被理解和運用，就以最快的速度被運用到益智玩具上，在人們娛樂休閑的同時很輕松地就學(xué)到了撲翼空氣動力學(xué)的新鮮知識，即使是專業(yè)人士參與這項活動也會增加對撲翼翼形渦輪旋翼的理解。

圖I羽翼翼形各部位標(biāo)示①穹隆的前面②翼脊③穹?、芤硐尧蓠仿〉挠鎇0041]圖2起飛時的氣動力分析圖3定常飛行中的氣動力分析圖4滑翔時的氣動力分析圖5垂直起降時的氣動力分析圖6沒有軸柄的渦輪式飛盤，一型飛盤，圖中顯示了旋翼翼型和迎角。圖7帶有軸柄的渦輪式飛盤，二型飛盤，圖中顯示了旋翼翼型和迎角。
具體實施方式
本實用新型進(jìn)入實施后首先應(yīng)進(jìn)行試驗，通過實驗進(jìn)一步掌握和理解羽翼翼型的特性，為設(shè)計制作出最佳性能效果的飛盤聚集數(shù)據(jù)資料。通過旋翼的試驗要獲知如何獲得最大的升力面；如何使旋翼產(chǎn)生推力以持久保持自旋，從而產(chǎn)生升力持久；旋翼的迎角多大合適，多大適合產(chǎn)生升力，多大適合產(chǎn)生推力。然后將它們組合起來，安排在由旋翼隔墻分割的不同的段落里。具體實施操作要點I.制作飛盤的內(nèi)外環(huán)內(nèi)環(huán)直徑80mm左右、外環(huán)直徑300mm左右；2.制作旋翼依設(shè)定的每片旋翼所占扇形的幅度，將朔料板熱煨成所需的翼形，將隔墻粘好；3.粘接成形這道工序需要先制作胎具，以保證成形的飛盤內(nèi)、外環(huán)同心，旋翼的迎角準(zhǔn)確，旋翼分布均勻，粘接牢固可靠；4.依照以上工序制作四套，不同之處在于它們旋翼的迎角分別設(shè)定為2°、3°、
4。、5。；5.直升試驗裝好軸柄，先試驗其作為二型飛盤的性能，從中選擇飛得高又能平穩(wěn)‘滑翔’著陸者為合格；飛得高但不能‘滑翔’平穩(wěn)著陸者，應(yīng)選擇相對應(yīng)的一對旋翼，將最外側(cè)的一段旋翼的迎角改小一度，再試，如還不行再改另一對，直至可以‘滑翔’平穩(wěn)著陸為止。6.平飛試驗從直升試驗中選取優(yōu)秀者進(jìn)行平飛試驗，選取優(yōu)異者定型。
權(quán)利要求1.一種飛盤，同其它飛盤一樣有盤子一樣的形狀，而且具有較堅固的外緣，其特征在于外緣在這里形成了外環(huán)，接近中心的位置設(shè)有一個內(nèi)環(huán)，在內(nèi)外環(huán)之間均布著兩個或兩個以上的旋翼。
2.如權(quán)利要求I所述的旋翼，其特征在于旋翼的翼形來自鳥類羽翼翼形。
3.如權(quán)利要求2所述的旋翼，其特征在于旋翼被半徑不等的同心圓弧形隔墻分割成數(shù)段。
4.如權(quán)利要求3所述的旋翼圓弧形隔墻，其特征在于隔墻之間的旋翼可以依不同的氣動力須要設(shè)定不同的迎角。
5.如權(quán)利要求I所述的飛盤，其特征在于軸柄既可以設(shè)計為拆裝式，也可以連體設(shè)計一次壓鑄成形。
專利摘要本實用新型涉及一種具有羽翼翼形的渦輪式飛盤，按國際專利技術(shù)分類為A63H 27/127玩具飛陀螺。將兩個以上的旋翼均布于盤面。由于采用了羽翼的渦狀翼形，所以在飛行的過程中飛盤按照設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向自旋飛行時，旋翼與空氣相作用會產(chǎn)生像鳥類飛行時的氣動效果，在旋翼的下面和上面產(chǎn)生壓強(qiáng)差，形成升力。而在耗盡慣性動能后在其墜落過程中，旋翼又利用勢能繼續(xù)與空氣相作用產(chǎn)生升力，以減緩降落過程。所以，本實用新型被定名為具有羽翼翼形的渦輪式飛盤。與竹蜻蜓、飛盤和飛去來器相比，在科技性和趣味性方面都有質(zhì)的提升，可以在娛樂中普及科技知識。本實用新型設(shè)計了兩種器型，一型適宜直升玩法，二型適宜平飛玩法。
文檔編號A63H33/18GK202682796SQ201120246059
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者顧惠群 申請人:顧惠群