[发明专利]自活动襟翼的扑翼获能装置

说明书

本发明涉及一种自活动襟翼的扑翼获能装置，包括能量采集部件、扑翼、主轴，两个所述扑翼通过主轴连接形成一整体，两个所述扑翼上的主轴置于带能量采集部件中间，两个所述扑翼可绕主轴旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，所述能量采集部件通过主轴的运动来获取扑翼传递的能量。本发明将格林（Gurney）襟翼应用于扑翼获能装置，根据浮力原理，通过在扑翼的翼型尾缘设计随升沉运动方向不同而自动切换方向的格林（Gurney）襟翼，等效于增加了翼型的弯度，从而增加了翼型的升力系数，提高了扑翼的获能效率。该装置结构简单，利用浮力原理，自动实现襟翼在翼型表面随着升沉运动的方向切换。

技术领域

本发明涉及一种扑翼获能装置，尤其是一种采用格林（Gurney）襟翼的扑翼获能装置。

背景技术

在科学和工程领域，人类经常会从自然界中获得设计灵感。人类仿照鸟类、鱼类和水生动物的扑翼推进运动方式，成功设计了一些微型仿生飞行器。受鸟类群飞、鱼类群游和逆流运动的启发，人类发现扑翼除了可以用于推进，提高机动性外，还可以从涡、自由表面波或者自由来流中获得能量。

扑翼是一种模拟鸟类、鱼类和水生动物等的推进或获能的机构。如图1所示，现有的利用柔性翼型的扑翼获能装置，扑翼2运动受力分析，如图2所示，其中a为推进模式，b为获能模式。对于获能模式，如果只考虑准定常过程，则作用于翼型上的合力在竖直方向的分量L必须与升沉运动速度Vy方向相同。扑翼获能可简化为如图3所示的升沉和俯仰运动的叠加。研究表明，扑翼获能主要贡献来自于升沉运动做功（图4所示）。因此，如果能在扑翼运动过程中，提高升力，则可提高扑翼获能效率。

格林襟翼（Gurney flap）是一种1%~5%的弦长高度的平板，它一般沿翼型下表面垂直置于近机翼尾缘或靠近尾缘的地方。大量的研究和实践表明，这种翼型可以提高机翼的升力和气动特性。由于它最初由赛车手丹•格林用在赛车上而被称为格林襟翼。

现有的技术的缺点：现有的扑翼获能装置基本上都选用不同naca系列的对称刚性翼型、优化扑翼的运动参数、翼型局部变形等方式来提高扑翼装置的获能效率。结构复杂，制造成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种通过增加翼型升力来提高扑翼获能效率的自活动襟翼的扑翼获能装置，该装置结构简单，利用浮力原理，自动实现襟翼在翼型表面随着升沉运动的方向切换。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种自活动襟翼的扑翼获能装置，包括能量采集部件、扑翼、主轴，两个所述扑翼通过主轴连接形成一整体，两个所述扑翼上的主轴置于带能量采集部件中间，两个所述扑翼可绕主轴旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，所述能量采集部件通过主轴的运动来获取扑翼传递的能量。

所述扑翼的近尾缘内部开有一个矩形槽，矩形槽中装有带浮子的活动襟翼，且活动襟翼的浮体处于矩形槽内的水中，且浮体在扑翼的翼型弦线方向相对于矩形槽，偏向扑翼的翼型前缘一侧放置；当扑翼的翼型处于水平状态时，活动襟翼的浮体处于扑翼的翼型中弧线位置，使得活动襟翼正好藏于扑翼的的翼型内部；

所述活动襟翼由空心圆柱和两侧襟翼组成，两侧襟翼为矩形薄片板，其高度为扑翼的翼型弦长的1%-5%，两侧襟翼与中间的空心圆柱沿过圆心平面对称安置。

当扑翼的翼型初始位置为从最高点向下运动时，所述扑翼的翼型绕自身的主轴逆时针旋转运动，即扑翼尾部位于主轴的上方，此时，偏向前缘一侧放置的浮体的液位上升，从而带动活动襟翼从垂直于扑翼的翼型的上表面伸出，增加扑翼的翼型的弯度，提高竖直向下方向的扑翼的翼型升力，这与运动速度方向一致，从而增加扑翼获能装置的获能效率。

当扑翼的翼型从下方水平位置向上运动时，所述扑翼的翼型同时绕自身的主轴顺时针方向的旋转运动，即扑翼的翼型的尾部位于主轴的下方，此时，偏向前缘一侧放置的浮体的液位下降，从而带动活动襟翼从垂直于扑翼的翼型下表面伸出，增加扑翼的翼型的弯度，提高竖直向上方向的扑翼的翼型升力，与运动速度方向一致，从而增加扑翼获能装置的获能效率。