專利名稱：自閉孔拍翼飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
拍翼飛行器
背景技術(shù)：
目前的飛機(jī)主要有固定翼飛機(jī)和旋翼飛機(jī)兩種，都是要靠動(dòng)力的，固定翼飛機(jī)體型大、油耗大、噪聲大，還要大機(jī)場(chǎng)、長跑道等，無動(dòng)力飛行也僅僅限于娛樂層面或個(gè)人的興趣愛好，如“鳥人”大賽，或距離非常有限的滑翔，還不能實(shí)現(xiàn)真正的飛翔。目前拍翼的分析大多是對(duì)昆蟲翅膀振動(dòng)的分析，拍翼飛行的實(shí)踐還限于微型仿生拍翼飛行，不能用于人的飛行，載人的拍翼飛行器幾乎還沒有成功的先例，很多拍翼飛行的做法還延用固定翼飛行的做法，造成對(duì)拍翼的認(rèn)識(shí)上的禁固，目前的仿生拍翼飛行是有動(dòng)力的微型仿生飛行，還不能成為普通人的飛行工具，拍頻也很高，不是人力所能達(dá)到的。發(fā)明的目的本發(fā)明要使人依靠自身的力量拍動(dòng)雙翼實(shí)現(xiàn)拍翼飛行的目的。技術(shù)方案設(shè)計(jì)一個(gè)包含機(jī)身、主翼、尾翼、輔翼的可拍翼的飛行器，機(jī)身兩側(cè)與主翼由轉(zhuǎn)軸連接，主翼繞轉(zhuǎn)軸在一定角度來回轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)拍翼，兩主翼與機(jī)身之間分別設(shè)置大小相同扭轉(zhuǎn)方向相反的彈力，使無外力作用時(shí)兩翼總是向下轉(zhuǎn)向機(jī)身，在兩主翼上分別安裝一抓手，使飛行員能自然順手地抓牢并控制雙翼，尾翼連接在機(jī)身后面，同時(shí)在飛行員的小腿背上固定一副輔翼；對(duì)各翼面及其骨架進(jìn)行如下特別處理，使其更有利于飛行表面上滑下粗；翼鋒上凸，前后呈流線型；各翼面采用自閉孔結(jié)構(gòu)；翼骨架與翼面的結(jié)合采用前實(shí)后虛的固定方式連接。機(jī)身下面設(shè)固定帶，用于搭載并固定飛行員，飛行員軀干部緊貼機(jī)身固定，面朝地面，四肢活動(dòng)，兩手分別抓主翼上的抓手控制飛行器并拍翼實(shí)現(xiàn)拍翼飛行。技術(shù)內(nèi)容飛行器中間是機(jī)身，兩主翼在機(jī)身兩側(cè)對(duì)稱地連接，形狀大小以機(jī)身軸對(duì)稱，機(jī)身后面連接尾翼，兩主翼與機(jī)身之間分別設(shè)置大小相同扭轉(zhuǎn)的方向相反的彈力，使無外力作用時(shí)兩翼總是向下轉(zhuǎn)向機(jī)身，在兩翼中間分別安裝一抓手，使飛行員能自然順手地抓牢控制雙翼，并在飛行員兩小腿背上分別固定一輔翼。機(jī)身下設(shè)固定帶，用于固定飛行員，飛行員軀干部緊貼機(jī)身固定，飛行中飛行員懸掛在機(jī)身上，面朝地面，四肢活動(dòng)自如，兩手抓住兩主翼抓手控制飛行器，拍動(dòng)雙翼和雙輔翼，就可控制飛行器的各種飛行動(dòng)作。飛行器的各部分構(gòu)造如下翼的構(gòu)造有以下特征翼面上滑下粗，就是翼面的上表面要求盡可能光滑，下表面應(yīng)粗糙許多，甚至可以在下表面粘上或噴上輕質(zhì)材料，這樣當(dāng)翼拍動(dòng)飛行時(shí)經(jīng)過上表面的氣流快，經(jīng)下表面的氣流則受阻力大得多，氣流較慢，從而產(chǎn)生向上的壓力差，形成升力。翼鋒上凸，剖面圖如圖3，使翼面前后呈流線形，特別是前部靠近主翼轉(zhuǎn)軸處要上凸，向外側(cè)逐漸平緩延伸，到翼外側(cè)靠邊沿處可微凸或不凸，使翼外側(cè)顯出活而不僵，翼鋒上凸能增加翼的強(qiáng)度。對(duì)于空氣凸面是擴(kuò)散的，飛行時(shí)拍動(dòng)雙翼能分流空氣減少阻力，下面是凹面，是匯聚的，下拍時(shí)能增加空氣阻力即增加下拍時(shí)的支撐力，翼鋒上凸的受力分析如圖4，下拍時(shí)空氣對(duì)翼產(chǎn)生的阻力1可分解成向前的分力3和向上的分力2，上拍時(shí)則相反， 因上拍時(shí)阻力小，分力就小。前凸對(duì)雙翼有向前的定向作用，平板式的翼面無向前的分力容易產(chǎn)生搖擺。注意翼鋒上凸不是指翼的前沿上翹，相反前沿要下彎，隨后的部分拱起，形成上凸，下表面在該位置相應(yīng)上凹。翼面采用自閉孔設(shè)計(jì)，就是在翼面上挖許多小孔，并在每個(gè)孔下貼比孔稍大且有彈性的薄片，薄片前實(shí)后虛固定于孔下方，即前端固定于孔下表面的前方，后端自由，使薄片能向下向前彎曲，無外力時(shí)薄片在自身彈力的作用下緊貼翼的下表面堵住相應(yīng)的小孔， 即為自閉孔結(jié)構(gòu)?？椎拇笮?yīng)適合薄片不變形上穿為宜，太大了薄片難以堵住孔，或?qū)е卤∑戏?，太小了?shù)目太多，不利于貼片。自閉孔的作用是當(dāng)翼向上拍動(dòng)時(shí)，空氣阻力向下推動(dòng)薄片，使之向下向前彎曲，孔被打開，大大減少翼面向上拍打時(shí)受空氣阻力的面積，減少阻力，加快上拍，也就減少了翼上拍時(shí)機(jī)身下降的位移，同時(shí)許許多多向下向前彎曲的薄片能把空氣阻力的一部分轉(zhuǎn)化為向前的推力；當(dāng)向下拍翼時(shí)，薄片立即恢復(fù)原狀，向上緊緊貼在相應(yīng)的小孔上，堵住小孔，增大空氣阻力，這時(shí)阻力是兩翼的支撐力，也就增加了機(jī)身的上升高度，即上升的位移得到增加，一上一下的拍動(dòng)對(duì)機(jī)身垂直方向的位移貢獻(xiàn)來說向上的要遠(yuǎn)多于向下的，從而非常有利于上升。開孔既減輕翼的重量，又減少上拍時(shí)的阻力，貼上后部活動(dòng)的彈性薄片既增加向上的支撐力，又得到向前的推力，因而在翼面上挖孔并貼片這兩項(xiàng)措施大大提高了翼的效率，自閉孔結(jié)構(gòu)的翼能減少上拍時(shí)的阻力而增大下拍時(shí)的支撐力，飛行器獲得更多的升力。翼的骨架與翼面的連接采用前實(shí)后虛的結(jié)構(gòu)，前實(shí)后虛是指翼鋒處骨架緊貼在翼面前沿固定，翼鋒結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)的，是前實(shí)，后面的翼骨架則不能把整個(gè)翼面包起來，這樣會(huì)使翼面僵硬，而是要固定在離翼面后沿一定距離的地方，形成較活動(dòng)的翼尾，即為后虛，后面要留多少要視翼材料的彈性和韌性而定，這樣在翼材料的彈性作用下，翼尾拍動(dòng)時(shí)能稍作上下彎曲，拍動(dòng)靈活而不僵硬。拍翼彈性彎曲的作用分析當(dāng)翼向下拍動(dòng)時(shí)如圖6，翼尾將向上彎曲，空氣阻力1產(chǎn)生向上的分力2和向前的分力3 ；當(dāng)翼向上拍動(dòng)時(shí)如圖7，翼尾將向下彎曲，空氣阻力1產(chǎn)生向下的分力2和向前的分力3，翼的上滑下粗和自閉孔結(jié)構(gòu)將使上拍時(shí)的空氣阻力比下拍時(shí)的小得多，因而每上下來回拍動(dòng)一次，飛行器獲得向上的分力遠(yuǎn)大于向下的分力，而不論上拍還是下拍都能獲得向前的分力，由此可見翼尾拍動(dòng)時(shí)上下彎曲變形的結(jié)果是推力大大增加而升力也略有增加，這種前實(shí)后虛結(jié)構(gòu)能使翼尾上下拍動(dòng)幅度增大，從而使飛行器產(chǎn)生更大的向前動(dòng)力。注意后虛是指后部的固定位置距后邊沿要有一定距離，而不是指后部可不固定或可松動(dòng)，那樣翼就不安全了。翼骨架要根據(jù)飛行器設(shè)計(jì)負(fù)荷選擇足夠強(qiáng)度的材料制作，骨架和翼面材料要在符合強(qiáng)度要求的情況下選擇輕質(zhì)材料，屬現(xiàn)有技術(shù)，不贅述。緊貼翼的下表面用多條前后走向富有彈性的細(xì)條作次骨架如圖10-3所示，使翼面容易成形且可增加強(qiáng)度和彈性，次骨架要以翼鋒內(nèi)側(cè)靠近轉(zhuǎn)軸處為起點(diǎn)，由前向后走向，由內(nèi)向外呈扇形狀排列，呈前密后疏和內(nèi)密外疏分布，次骨架數(shù)量多少視情況而定，注意不要影響自閉孔的開閉。左右主翼骨架的合適位置設(shè)置主翼抓手，硬抓手軟抓手都可以，作為手的放置點(diǎn)和翼的受力點(diǎn)，也是用來控制主翼動(dòng)作的抓手。機(jī)身是飛行器的載荷部分，因此機(jī)身骨架要牢固堅(jiān)實(shí)，下部緊貼人背，上部是機(jī)身面，機(jī)身面要封閉成中間凸左右下彎的凸面，與翼面一樣制作成自閉孔結(jié)構(gòu)，機(jī)身骨架可以設(shè)計(jì)成長方形或扁長方體(就是上下要短而扁)，長方形輕便，長方體較重但能增加空間， 可作物品箱，機(jī)身面與長方體之間的空間制作成物品箱，用于放置少量行李和必備的工具等，長方體下部是懸掛飛行員的固定帶，用于把飛行員的軀干部與機(jī)身固定牢靠，固定部位前到肩關(guān)節(jié)，后到髖關(guān)節(jié)，防止身體前后滑動(dòng)，用固定帶固定飛行員目的是懸掛飛行員時(shí)要用軟質(zhì)的面接觸，防止局部負(fù)重過大傷及飛行員。機(jī)身與主翼用轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，連接軸是翼的支撐點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸放在機(jī)身骨架長方體的左右兩側(cè)的上邊或下邊都可以，但左右要同在上邊或同在下邊，左右要對(duì)稱。機(jī)身與主翼之間設(shè)置彈力使無外力時(shí)兩主翼分別向下轉(zhuǎn)向機(jī)身，彈力可以用扭力彈簧、拉力彈簧或直接選用帶扭轉(zhuǎn)彈力的轉(zhuǎn)軸及其他方式產(chǎn)生，扭力彈簧可安裝在轉(zhuǎn)軸上， 每一側(cè)用單個(gè)或多個(gè)彈簧構(gòu)成，使左右翼向下扭轉(zhuǎn)，當(dāng)兩翼上翻張角變大時(shí)，彈力增大；采用拉力彈簧時(shí)，拉力彈簧的一端固定在機(jī)身的骨架上，一端固定在翼的骨架上，無外力時(shí)翼向下轉(zhuǎn)，當(dāng)翼張開時(shí)彈簧伸長彈力增大，每一側(cè)同樣可以用單個(gè)或多個(gè)彈簧組成；還可用彈性體直接連接機(jī)身和主翼，通過彈性體的形變使翼張開并提供彈力。機(jī)身與翼的連接位置應(yīng)考慮與人的位置關(guān)系，翼骨架與機(jī)身的連接位置關(guān)系到人的前后平衡，當(dāng)人把飛行器的機(jī)身背在背上時(shí)，抓翼上的抓手要自然，連接點(diǎn)要使人背上后在人的前后重心靠前的位置，讓后方略重些，有利于翼與前進(jìn)方向成一迎角，才能確保上升，后部較重的問題則由尾翼和腿部輔翼來解決其平衡。機(jī)身上還要設(shè)置主翼限位桿或主翼限位繩，這是用來限制翼的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的安全措施，機(jī)身與翼的連接是軸連，翼能繞主翼轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，若任其上翻，到垂直向上或更大的轉(zhuǎn)角時(shí)翼就失去其作用了，因此到翼張開到與機(jī)身完全齊平時(shí)得到最大的有效投影面(受空氣阻力面)，此時(shí)應(yīng)對(duì)其轉(zhuǎn)角進(jìn)行限位，防止上翻(翼外側(cè)在拍動(dòng)時(shí)在其材料的彈性和韌性允許的范圍內(nèi)略上彎變形是允許的)。上限位可以這樣設(shè)置，可將兩翼骨架向機(jī)身方向多沿伸一些，在機(jī)身骨架上兩邊分別設(shè)置一固定桿作限位桿，翼向上旋轉(zhuǎn)到該桿時(shí)被擋住，便達(dá)到限位的目的，也可以在機(jī)身和翼上加一根或多根定長的繩限制翼的張角，這種軟限位應(yīng)限定在兩翼張開到水平之前，限位是非常重要的，確保翼不會(huì)失控上翻造成危險(xiǎn)。限位桿還能在轉(zhuǎn)軸上彈簧斷裂或過度疲勞而使彈力失效的時(shí)候發(fā)揮作用，此時(shí)拍翼可能要費(fèi)力得多甚至不能拍動(dòng)，但仍可確保兩翼張開而不上翹，能保護(hù)飛行員的安全，注意拍翼只要在一定角度里拍動(dòng)就行了。限位桿和限位繩可同時(shí)使用在一架飛行器上，必要時(shí)兩翼間還可增加限位繩。尾翼由機(jī)身面向后延伸，長出其骨架一定長度而形成，長度至少蓋得到飛行員的臀部，尾翼面和機(jī)身面一樣在中間略向上凸起左右兩邊下彎，也采用上滑下粗和自閉孔結(jié)構(gòu)，減少上升時(shí)的阻力。尾翼可增大接受空氣浮力的面積，還能作前后平衡調(diào)整。尾翼可根據(jù)其強(qiáng)度決定是否要制作骨架。尾翼也可獨(dú)立一塊并設(shè)置成活動(dòng)的，與機(jī)身的連接也可用機(jī)身與主翼的連接方式，但轉(zhuǎn)角應(yīng)小些，當(dāng)上翻與機(jī)身齊平時(shí)要加限位，防止上翻，向下也要限位，不能影響雙腿的動(dòng)作。輔翼制作成比腿寬一些的長方形或梯形，與主翼面一樣制作，居中固定在小腿背上，靠近膝關(guān)節(jié)的上半部分固定，靠下方留出約一半自由面，即采用上實(shí)下虛和中實(shí)外虛的固定方式，固定時(shí)使輔翼面稍向前彎曲形成后凸的樣子即可。輔翼是獨(dú)立的，與其他各部分沒有連接。輔翼的拍動(dòng)能調(diào)節(jié)前后平衡，克服人下肢過重的問題，還能形成推力，加速飛行， 也能用于調(diào)整飛行方向。當(dāng)飛行時(shí)人的兩腿會(huì)自然下垂，人會(huì)感到不自然、不舒服，也可能導(dǎo)致失去平衡，因此在兩小腿的背部各固定一輔翼，飛行時(shí)兩腳就能象在水里游泳時(shí)打水一樣，使腿腳浮起，與身體形成舒適的角度，并通過雙腳拍動(dòng)輔翼，能獲得前進(jìn)的動(dòng)力。
為了平時(shí)的存放和攜帶方便，在確保所需載荷時(shí)翼骨架有足夠強(qiáng)度的情況下，主翼也可以制成折疊翼，如圖10所示，翼面和骨架都要采用活動(dòng)連接1，骨架用轉(zhuǎn)軸2連接，當(dāng)外側(cè)部分轉(zhuǎn)到與內(nèi)側(cè)部分齊平時(shí)，連接處要進(jìn)行限位，防止外側(cè)部分上翻失控，折疊翼可以是一折或多折，翼下表面可增加次骨架3。彈力的作用分析主翼上的彈力的設(shè)置約為每一側(cè)G/2，因固定點(diǎn)和彈簧類型不同而略有不同，G為飛行員和機(jī)身的重量，自然狀態(tài)時(shí)彈力為0，張開到限定位置時(shí)彈力設(shè)置約為G/2，主翼上的彈力隨翼張角的增大而增大。飛行員背上飛行器，當(dāng)還未起飛時(shí)，飛行器未負(fù)重，翼夾向人體，彈力為0 ；起飛時(shí)兩翼張角小彈力也小容易被張開；飛行員跳起懸空時(shí)，機(jī)身負(fù)重下壓，兩主翼因空氣阻力支撐張角變大，彈力變大。拍動(dòng)雙翼時(shí)兩翼張開阻止了機(jī)身下降，兩翼收緊則把機(jī)身拱起，由于翼結(jié)構(gòu)的特征使上拍容易，下拍受更大的空氣阻力也就獲得更多的升力和更長的上升時(shí)間，也就使得機(jī)身下降少而升得多，從而能在不斷拍翼中不斷上升。拍翼是各力力矩作用的結(jié)果，分析起來較為復(fù)雜，這里簡單地根據(jù)力的作用方向定性分析如下拍翼過程主要有幾個(gè)力參與，它們是人的重力和機(jī)身重力(不含主翼重量)，此兩力是綁定在一起的，合稱為重力，使翼向下扭轉(zhuǎn)的彈力，空氣阻力，施給兩翼抓手作拍翼動(dòng)作的人力，人力和空氣阻力方向隨翼的拍動(dòng)方向改變而變，彈力和重力方向不變，張翼上拍時(shí)，重力+人力克服彈力+阻力的作用，收翼下拍時(shí)是彈力+人力克服重力+阻力的作用，重力和彈力的方向總是不變作用總是互相抵消，在上下拍翼過程中人力因要改變翼的拍動(dòng)方向而改變用力方向，而空氣阻力總是因翼的拍動(dòng)方向的改變而改變方向，人力總是要克服重力和彈力的作用差及空氣阻力的作用，如果恰好使翼充分張開時(shí)的彈力和重力的作用接近平衡，效用互相抵消，那么飛行員只要克服翼面所受的空氣阻力就行了，而不用加力去克服自身的重量了，從而拍翼就輕松多了。在空中彈力始終能幫我們抵消飛行器所負(fù)的重力的作用，重力使兩翼張開，甚至上翹，彈力使兩翼下轉(zhuǎn)收緊，飛行員通過抓手的力臂作用只要對(duì)翼上的抓手施以一個(gè)小的力就足以讓雙翼拍動(dòng)。要特別指出的是飛行員用力拍翼的過程中，人力和人的重力對(duì)翼的作用方向相反，手用力時(shí)重力會(huì)轉(zhuǎn)移到手上來，重力變小，它們是總量不變此消彼長的力，用于向下拍翼的力大了掛在機(jī)身上的重量就輕了，更有利于向下收翼，反之，張翼時(shí)手放松了，重力全部懸在機(jī)身上，更有利于張翼，這一點(diǎn)很重要，這種此消彼長的用力特點(diǎn)是人力拍翼特有的，正好彌補(bǔ)了飛行中張角小時(shí)彈力小的不足，這給我們?cè)O(shè)置彈力時(shí)留出了更大的隨意性，也就是彈力大小可在較寬的范圍內(nèi)選擇。翼自身的重量對(duì)翼的下拍是有用的，它和彈力的作用是相加的，但過重不利于上拍張翼，也會(huì)使翼變得笨拙，且輕便的翼對(duì)起飛是很重要的?？朔夹g(shù)偏見和傳統(tǒng)思維本發(fā)明克服了人們幾個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，一是認(rèn)為人自身過重，無和鳥類一樣的適合飛行的結(jié)構(gòu)，故人不能飛；二是過去著力點(diǎn)都放在張翼，三是以往很多人把兩翼安在兩臂。過去人們通常要擔(dān)心翼重和人自身重量過重，臂力根本無法克服這些重量更談不上拍動(dòng)它，因而很多人只好放棄拍翼而飛夢(mèng)想。本發(fā)明充分利用彈力的作用，使之幫助我們抬起自己，有多重就設(shè)置相應(yīng)大小的彈力，每一邊彈力只須設(shè)置接近人自重的一半就可以了，手對(duì)翼的施力點(diǎn)對(duì)于翼的轉(zhuǎn)軸有一個(gè)力臂，是一個(gè)杠桿，根據(jù)杠桿原理，省力得多，手臂只需給翼施以較小的力就足以實(shí)現(xiàn)拍翼了。限位桿和限位繩的設(shè)置還能把人的雙手解放出來，可在空中隨意滑翔。
通常人們認(rèn)為要飛行，就必須把翼張開，都在想方設(shè)法如何張翼，不負(fù)重時(shí)兩翼就張開，當(dāng)飛行器負(fù)重時(shí)，翼就上翹，此時(shí)要拍翼不僅要克服空氣阻力還要克服自身重力，用雙臂的力量是萬萬做不到的，而本發(fā)明則反其道而行，關(guān)鍵就是要把兩翼收起來，利用彈力克服重力，利用重力實(shí)現(xiàn)張翼，大膽打破習(xí)慣思維的束縛，從而能較輕松地拍動(dòng)雙翼。過去的翼大多數(shù)都固定于手臂，讓手臂既要拍動(dòng)雙翼，又要克服各種重量，顯然不是普通人能做到的，本發(fā)明讓人體與機(jī)身綁定，懸掛在機(jī)身上，把雙臂解放出來控制雙翼， 飛行中人懸掛在機(jī)身上被吊起來，根據(jù)要求設(shè)置好彈力就不用再理會(huì)自己有多重了，就象飛機(jī)動(dòng)力安好后，你不用去管飛機(jī)有多少重，它都能飛起來。飛行的控制和穩(wěn)定性分析飛行有三個(gè)階段起飛、飛行、降落。首先把飛行器背在背上，用固定帶把飛行員與飛行器牢牢地固定，要保持四肢活動(dòng)自如，起飛時(shí)身子稍向前彎使機(jī)身面向前呈一迎角， 雙手握緊機(jī)翼抓手，先往前跑動(dòng)，再張開雙翼，不要求張?zhí)?，此時(shí)因兩翼的張角小，彈力較小，張翼較容易，再順勢(shì)往前跳起，及時(shí)拍動(dòng)雙翼，盡量快速離地，與地面接觸越輕，機(jī)身負(fù)重越大，重力使翼的張角越大，彈力作用越大，拍翼越容易，直到騰空飛起，拍翼更輕松，拍頻越快，拍幅越大，拍翼提供的飛行動(dòng)力就越大，有時(shí)可能要幾次連續(xù)跳起才能飛起。根據(jù)對(duì)鳥的飛行觀察，起飛時(shí)的拍頻能達(dá)到1.5次/秒以上就夠了，這是人力容易做到的，越大越好。起飛可以采用多種方式，可在緩坡向下沖而起飛，也可在一定高的臺(tái)上跳出起飛。起飛最為關(guān)鍵，決定飛行員是否能飛，飛行員應(yīng)通過一定的技能訓(xùn)練和適應(yīng)性訓(xùn)練。起飛后，保持適當(dāng)?shù)挠?，拍?dòng)雙翼和雙輔翼將越飛越高，在高處可隨意滑翔，也可隨意拍翼，改變雙翼或其中一翼的傾角，就能改變飛行方向，拍動(dòng)輔翼能調(diào)整飛行姿態(tài)， 改變主翼或輔翼的拍頻可改變飛行的速度，改變機(jī)身的迎角可改變飛行高度和飛行速度。要降落時(shí)先降低飛行高度，減速緩行，接近地面時(shí)大幅加大機(jī)身的迎角，可很快停穩(wěn)。飛行器自然情況下是夾向機(jī)身，此時(shí)彈力小，如果飛行中出現(xiàn)兩翼因彈力過大而收緊時(shí)，彈力將隨兩翼張開的角度變小而變小(拉力彈簧則回收而使拉伸形變減小，彈力變小)，當(dāng)整體因重力下降時(shí)，兩翼在空氣阻力的阻止下還是被迫張開，能確保張開一定的角度，還能在空中安全飛行的，這時(shí)拍翼就要用向外推的力了，只是用力方式比較不自然而已；如果彈力過小，則翼將充分張開并被限位，不會(huì)失控，僅僅是拍動(dòng)時(shí)比較費(fèi)力，但還是安全的；飛行中如果因后部過重使翼的迎角太大，飛行員能通過雙腳拍動(dòng)輔翼進(jìn)行調(diào)整；如果頭朝下了，只要用力拍動(dòng)主翼就可以調(diào)整回來，都不會(huì)造成危險(xiǎn)。設(shè)置合適的彈力是很關(guān)鍵的，可使飛行省力又安全。飛行中飛行員一般都能隨意控制飛行姿態(tài)，但要避免惡劣氣象條件下飛行。飛行器的有益效果是用簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)飛行的功能，展翅高飛是人類自古以來的夢(mèng)想，也是本發(fā)明的目的，其中巧妙地用彈力克服重力，解除了人們長久以來擔(dān)心的人自重過大而不能飛起的煩惱，拍翼用力臂更加省力，上滑下粗的表面設(shè)計(jì)、翼鋒上凸呈流線形的翼面造型設(shè)計(jì)、翼面上增加的自閉孔設(shè)計(jì)都是增加升力和減輕人力的有效措施，前實(shí)后虛的翼結(jié)構(gòu)進(jìn)一步利用拍翼的能量轉(zhuǎn)化成前進(jìn)和上升的動(dòng)力，翼結(jié)構(gòu)的這幾個(gè)特點(diǎn)大大增加推力和升力，提高翼的效率。本發(fā)明采用無動(dòng)力拍翼飛行，通過各種有利于拍翼飛行的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)人在空中飛行，開拓拍翼飛行新領(lǐng)域，依靠人力的拍翼飛行能源消耗為零、空氣污染為零。應(yīng)用本發(fā)明是用人力驅(qū)動(dòng)，經(jīng)常使用是人們鍛煉身體的很好途徑，將有益于人的健康；也是一種體育運(yùn)動(dòng)器材，可以發(fā)展成一系列的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目；飛行的實(shí)現(xiàn)無疑是一種很好的新的交通工具，無動(dòng)力的飛行更是能源消耗為零的交通工具，空中交通還能緩解地面交通擁堵，拍翼飛行還將在其他廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，如搶險(xiǎn)救災(zāi)、巡查、探險(xiǎn)、航拍等等。說明書


圖1是飛行器頂視圖，1是機(jī)身，2是主翼，3是主翼轉(zhuǎn)軸，4是尾翼，5是光滑的上表面，6是主翼軸彈簧，7是翼鋒，8是翼尾，9是自閉孔；A-A'是主翼剖面線；圖2是圖1的底視圖，7是翼鋒，8是翼尾，9是自閉孔，10是主翼骨架，11是主翼抓手，12是粗糙的下表面，13是主翼限位桿，14是機(jī)身骨架，圖3是圖1的A-A'的剖面圖；是翼鋒上凸呈流線形的翼A-A'剖面4是圖3的受力分析圖，1是空氣阻力，2是垂直向上的分力，3是水平向前的分力；圖5是自閉孔結(jié)構(gòu)圖，1是固定端，2是薄片，3是翼面上挖的小孔；“前”和箭頭方向表示翼鋒的方向圖6是翼面下拍時(shí)的受力分析圖，1是空氣阻力，2是垂直向上的分力，3是水平向前的分力；圖7是翼面上拍時(shí)的受力分析圖，1是空氣阻力，2是垂直向下的分力，3是水平向前的分力；圖8是輔翼后視圖，1是固定帶圖9是圖8的前視10是可折疊翼底視圖，1是翼面的活動(dòng)連接，2是骨架連接轉(zhuǎn)軸，3是次骨架圖11是用拉力彈簧作扭力的飛行器底視圖，1是機(jī)身，2是主翼，3是主翼轉(zhuǎn)軸，4 是尾翼，6a是主翼拉力彈簧，7是翼鋒，8是翼尾，9是自閉孔，10是主翼骨架，11是主翼抓手，12是粗糙的下表面，14是機(jī)身骨架，15是主翼限位繩，圖12用彈性材料做主翼軸飛行器的底視圖，1是機(jī)身，2是主翼，4是尾翼，6b彈力主翼轉(zhuǎn)軸，7是翼鋒，8是翼尾，9是自閉孔，10是主翼骨架，11是主翼抓手，12是粗糙的下表面，14是機(jī)身骨架，15是主翼限位繩，圖13用圖12的正視圖，2是主翼，6b彈力主翼轉(zhuǎn)軸，11是主翼抓手，14是機(jī)身骨架，15是主翼限位繩，16是張開的主翼和彈力主翼轉(zhuǎn)軸(虛線表示)。發(fā)明的實(shí)施例一如圖1和圖2，飛行器由機(jī)身1，主翼2，主翼轉(zhuǎn)軸3，尾翼4，主翼軸彈簧6，主翼骨架10，主翼抓手11，主翼限位桿13，機(jī)身骨架14組成，機(jī)身1兩側(cè)通過主翼轉(zhuǎn)軸3與兩側(cè)主翼骨架10軸連，軸連點(diǎn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)連接，要使主翼轉(zhuǎn)動(dòng)順暢，連接牢固， 主翼2能繞主翼轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，在主翼轉(zhuǎn)軸3上用扭力彈簧作主翼軸彈簧6或直接采用帶轉(zhuǎn)動(dòng)彈力的軸，使翼在常態(tài)時(shí)向下轉(zhuǎn)向機(jī)身1，飛行器翼面、機(jī)身面、尾翼面用輕薄、有韌性、有彈性的材料制作，加工成光滑的上表面5，粗糙的下表面12，并采用自閉孔9的結(jié)構(gòu)，自閉孔 9如圖5所示，在翼面上挖許多小孔3，每個(gè)孔下貼比孔3稍大且有彈性的薄片2，薄片2前實(shí)后虛固定于孔下方，即前端固定端1固定于孔3下表面前方，后端自由，使薄片2能向下向前彎曲，無外力時(shí)在薄片2自身彈力的作用下恢復(fù)原狀，緊貼翼的下表面堵住相應(yīng)的小孔3，自閉孔9能減少上拍時(shí)的空氣阻力的受力面積，減少了阻力。翼鋒7上凸，翼面A-A' 剖面圖如圖3，使翼面前后呈流線形，特別是前部靠近主翼轉(zhuǎn)軸處要上凸，翼鋒上凸能增加翼的強(qiáng)度，翼鋒上凸的受力分析如圖4，下拍時(shí)空氣對(duì)翼產(chǎn)生的阻力1可分解成向前的分力 3和向上的分力2，上拍時(shí)則相反，因上拍時(shí)阻力小，分力就小，前凸對(duì)雙翼有定向作用。翼骨架與翼面的固定位置要采用前實(shí)后虛的方式固定，即翼鋒7固定，翼尾8活動(dòng)，就是主翼骨架10的前部沿翼面前沿固定好，主翼骨架10的后面則不能把整個(gè)翼面包起來，這樣會(huì)使翼面僵硬，而是要固定在離翼面后沿一定距離的地方，留多少要視翼材料的彈性和韌性而定，宜留三分之一到二分之一的空間，這樣能使翼尾8在翼面材料的彈性作用下，拍動(dòng)空氣時(shí)能稍作上下彎曲，兩翼每上下來回拍動(dòng)一次，都能獲得上升和前進(jìn)的動(dòng)力。機(jī)身做成牢固的長方形，中間橫向增加幾條骨架，機(jī)身1橫向?qū)挾群椭饕?向側(cè)邊伸展長度要有一定的比例，可用1 2 1 3，機(jī)身1應(yīng)盡量窄，有利于主翼抓手11離轉(zhuǎn)軸距離變長，也就是人施力的力臂更長，拍翼就會(huì)輕松些，與人背齊寬或略窄一些都可以，機(jī)身骨架14的長度約與人背一樣長，機(jī)身1與尾翼4的總長最多到膝關(guān)節(jié)，尾翼4可比機(jī)身1稍寬。主翼限位桿 13安在機(jī)身骨架14上，左右對(duì)稱設(shè)置，分別限定左右主翼向上張開時(shí)的最大角度，是一個(gè)安全裝置。飛行員的小腿背要穿上或綁上輔翼，輔翼如圖7、圖8，用固定帶1固定在小腿背上，左右居中固定，下部可留一部分稍能活動(dòng)，拍動(dòng)時(shí)左右邊和下部能有所彎曲，有利于產(chǎn)生推力和升力。主翼轉(zhuǎn)軸3設(shè)置向下扭轉(zhuǎn)的主翼軸彈簧6是本發(fā)明的顯著特征，也是克服技術(shù)偏見和習(xí)慣思維的有力措施，上滑下粗、翼鋒上凸、前實(shí)后虛、自閉孔的設(shè)計(jì)有利于拍翼并產(chǎn)生升力。小腿背加輔翼是當(dāng)飛行員懸空時(shí)用于調(diào)整姿態(tài)和加速。多個(gè)特征的組合，讓飛行器變得既簡單又實(shí)用，容易駕馭使用。人的軀干部與機(jī)身固定也打破傳統(tǒng)上人們把翅固定于雙臂的看法，如果翅固定在雙臂，雙臂要承受所有的重力還要拍翼是很困難的，現(xiàn)在自重由軀干部掛在機(jī)身上，雙臂得到解放，飛行更加隨心所欲。飛行前將飛行員和機(jī)身骨架14用固定帶牢牢固定，要使人舒適，背上飛行器當(dāng)兩主翼2未張開時(shí)稍向前跑，然后上身略向前傾使機(jī)身面與前進(jìn)方向成一個(gè)合適的迎角并張開雙翼，此時(shí)張翼并不困難，因這時(shí)的張角還很小，彈力還很小，再稍稍跳起，使雙腳離地懸空，翼將處于重力迫使張開的狀態(tài)，只要及時(shí)不停地繼續(xù)拍動(dòng)雙翼和雙腳上的輔翼就可騰空飛翔了，有時(shí)可能要經(jīng)過幾次觸地跳起，起飛時(shí)的拍頻盡量快，一般能達(dá)到1. 5-2次/秒即可，較快的拍頻和較大的拍幅對(duì)起飛是很要緊的，騰空后繼續(xù)拍動(dòng)并保持一定的迎角就能不斷上升和前行。改變雙翼或其中一翼的傾角，就能改變飛行方向，拍動(dòng)輔翼能調(diào)整飛行姿態(tài)，改變主翼或輔翼的拍頻可改變飛行的速度，改變機(jī)身的迎角可改變飛行高度和飛行速度，要降落時(shí)先降低飛行高度，減速緩行，接近地面時(shí)大幅加大機(jī)身的迎角，可很快停穩(wěn)。 飛行員應(yīng)進(jìn)行必要的技術(shù)訓(xùn)練和適應(yīng)性訓(xùn)練。發(fā)明的實(shí)施例二，如圖11，飛行器包括機(jī)身1，主翼2，主翼轉(zhuǎn)軸3，尾翼4，主翼骨架10，主翼抓手11，機(jī)身骨架14，主翼限位繩15，主翼拉力彈簧6a等部件，機(jī)身1要用長方體，主翼轉(zhuǎn)軸3要安在長方體側(cè)邊的上邊，拉力彈簧安在機(jī)身內(nèi)，這樣彈簧不會(huì)影響飛行員的活動(dòng)，這是用拉力彈簧代替實(shí)施例一的扭力彈簧，并將主翼限位桿13用主翼限位繩15代替，當(dāng)翼張開到限定的角度時(shí)，主翼限位繩繃緊，使之不能繼續(xù)張開實(shí)現(xiàn)限位，動(dòng)作方式和實(shí)施例一一樣，可以得到相同的效果，飛行的操作也和實(shí)施例一一樣。
發(fā)明實(shí)施例三，如圖12和圖13所示，飛行器包括機(jī)身1，主翼2，尾翼4，主翼骨架 10，主翼抓手11，機(jī)身骨架14，主翼限位繩15，彈力主翼轉(zhuǎn)軸6b等部件，彈力主翼轉(zhuǎn)軸6b是能彎曲的弧形彈性材料，而不是真正的轉(zhuǎn)軸，用它代替實(shí)施例一中的轉(zhuǎn)軸和扭力彈簧，在翼面材料牢固的情況下主翼骨架10被簡化了，僅對(duì)翼鋒7進(jìn)行加固硬化，使拍動(dòng)時(shí)翼尾8有更大的擺動(dòng)幅度，其正視圖如圖13，虛線示出了同時(shí)張開的主翼與彈力主翼轉(zhuǎn)軸16，在彈力主翼轉(zhuǎn)軸6b的彈力作用下，實(shí)現(xiàn)拍翼飛行的目的，飛行操作同實(shí)施例一，結(jié)構(gòu)更加簡單。
權(quán)利要求
1.一種無動(dòng)力拍翼飛行器，其特征在于包含機(jī)身、主翼、尾翼、輔翼，機(jī)身兩側(cè)與主翼由轉(zhuǎn)軸連接，主翼繞轉(zhuǎn)軸在一定角度來回轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)拍翼，兩主翼與機(jī)身之間分別設(shè)置大小相同扭轉(zhuǎn)方向相反的彈力，使無外力作用時(shí)兩翼總是向下轉(zhuǎn)向機(jī)身，在兩主翼上分別安裝一抓手，使飛行員能自然順手地抓牢并控制雙翼，尾翼連接在機(jī)身后面，同時(shí)在飛行員的兩小腿背上分別固定一輔翼；翼面及其骨架有如下特征表面上滑下粗；翼鋒上凸，前后呈流線型；各翼面采用自閉孔結(jié)構(gòu)；翼骨架與翼面的結(jié)合采用前實(shí)后虛的固定方式連接；機(jī)身下設(shè)固定帶，用于搭載并固定飛行員，飛行員軀干部緊貼機(jī)身固定，面朝地面，四肢活動(dòng)，兩手分別抓主翼上的抓手控制飛行器并拍翼實(shí)現(xiàn)拍翼飛行。
2.如權(quán)利要求1所述在機(jī)身與主翼之間設(shè)置的彈力，其特征是彈力的作用是使兩主翼在自然狀態(tài)時(shí)向下扭轉(zhuǎn)，兩翼內(nèi)收，拍翼時(shí)彈力隨主翼的張角的增大而增大，彈力可由扭力彈簧、拉力彈簧或帶彈力的轉(zhuǎn)軸及其他方式產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼面，其特征是上滑下粗，即上表面光滑，下表面粗糙，甚至可以在下表面粘上或噴上輕質(zhì)柔性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼面，其特征是翼鋒上凸，使翼面前后呈流線形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼面，其特征是翼面采用自閉孔結(jié)構(gòu)，自閉孔結(jié)構(gòu)就是在翼面上挖許多小孔，并在每個(gè)孔下固定一片比孔稍大且有彈性的薄片，薄片前端固定于孔下表面的前方，后端自由，使薄片能向下向前彎曲，無外力時(shí)薄片在自身彈力的作用下緊貼翼的下表面堵住相應(yīng)的小孔。
6.如權(quán)利要求1所述的飛行器的翼面和翼骨架連接，其特征是翼面與翼骨架采用前實(shí)后虛的固定結(jié)構(gòu)，前實(shí)后虛結(jié)構(gòu)是指翼鋒處翼骨架緊貼在翼面前沿固定，即為前實(shí)，后面的翼骨架則不能把整個(gè)翼面包起來，這樣會(huì)使翼面僵硬，而是要固定在離翼面后沿一定距離的地方，形成較活動(dòng)的翼尾，即為后虛。
7.如權(quán)利要求1所述的輔翼，其特征是緊貼飛行員小腿背固定，用于雙腿的拍翼。
8.如權(quán)利要求1所述的飛行器上設(shè)置物品箱，其特征是物品箱安在凸起的機(jī)身面下和機(jī)身骨架內(nèi)的空間內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主翼也可以是折疊翼，其特征是翼面由內(nèi)向外分成幾段，每段間用活頁連接，翼骨架相應(yīng)部位也分開，用轉(zhuǎn)軸相連，到內(nèi)外齊平時(shí)各連接處要進(jìn)行限位，防止外側(cè)上翻，折疊翼可以用一折或多折。
全文摘要
一種依靠人力的拍翼飛行器包含機(jī)身、主翼、尾翼、輔翼的拍翼飛行器，機(jī)身骨架兩側(cè)與主翼骨架由轉(zhuǎn)軸連接，兩翼可沿轉(zhuǎn)軸在一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，兩翼與機(jī)身之間設(shè)置彈力，使無外力作用時(shí)兩翼總是向下轉(zhuǎn)向機(jī)身，小腿背上固定一副輔翼，各部分表面上滑下粗；翼鋒上凸，前后呈流線型；機(jī)身面和各翼面采用自閉孔結(jié)構(gòu)；翼骨架與翼面的固定方式采用前實(shí)后虛的制作方法。本發(fā)明用彈力克服重力，用重力輔助張翼，再利用力臂實(shí)現(xiàn)省力地拍翼。該飛行器可在飛行、空中交通、體育、健身、搶險(xiǎn)救災(zāi)、航拍、空中巡查、探險(xiǎn)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，無須任何的能源消耗，無污染，可健身。
文檔編號(hào)B64C33/00GK102407940SQ20101029739
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者馮曉文 申請(qǐng)人:馮曉文