[发明专利]一种翼面积可变的扑翼升力生成装置

说明书

技术领域

本发明属于扑翼飞行器技术领域，尤其涉及一种仿鸟可改变翼面迎风面积的扑翼升力生成装置。

背景技术

由于鸟类扑动的复杂性，仿鸟扑翼的升力生成装置已经成为非常重要的研究课题。现有的大部分扑翼飞行器的升力生成装置，只能实现机翼的简单上下扑动，如单曲柄双摇杆机构的扑翼装置，升力小、气动效率和飞行效率低。公知的双节主翼仿生扑翼机有一对双节扑翼上下扑动产生升力，齿轮驱动连杆带动双节机翼同时实现拍动和翼展面积的改变，上扑时阻力小，下扑时翼展面积变大，升力大。但是其传动机构较复杂，翅膀中间关节的弯曲度数小，翼展面积变化小，飞行效率较低。

另一种可改变翼面积的微型扑翼飞行器机翼驱动机构可以同时实现机翼挥动与翼面积变形的复杂运动，提高了气动效率和飞行效率，但是扑翼往复运动角度不大，传动结构十分复杂，无法调节升力的方向，不能大型化。

发明内容

为了克服现有传统扑翼飞行器升力生成装置的不足，本发明提供一种结构简单翼面积可变的扑翼升力生成装置。

本发明所提供的一种翼面积可变的扑翼升力生成装置包括电机、机架和传动机构；

所述传动机构包括齿轮传动机构和机翼扑动机构；

所述齿轮传动机构包括外啮合齿轮1和内啮合齿圈2；

所述机翼扑动机构包括主机翼骨架7、副机翼骨架4、主连杆8、副连杆3、导杆9、弦连杆5和导向套管6；其中主机翼骨架7和副机翼骨架4构成机翼骨架；主机翼骨架7、副机翼骨架4、主连杆8、副连杆3、导杆9和弦连杆5位于齿轮传动机构轴向一侧的同一平面内，连接形成机翼扑动横截面；

在电机的带动下，外啮合齿轮1绕内啮合齿圈2的轴线顺时针公转，同时外啮合齿轮1以自身轴线为旋转中心逆时针自转；同时，驱动导杆9和弦连杆5分别通过主连杆8带动主机翼骨架7、副连杆3带动副机翼骨架4实现所述机翼骨架的上下扑动。

进一步限定的技术方案如下：

所述电机的输出轴固定连接着曲柄10的一端，电机的输出轴轴线与内啮合齿圈2的旋转中心线共线，曲柄10的另一端与外啮合齿轮1的旋转中心通过滑动轴承相连，使外啮合齿轮1在电机的驱动下以内啮合齿圈2的轴线为转动中心公转；所述内啮合齿圈2固定在机架上；所述主机翼骨架7和副机翼骨架4均为杆状，主机翼骨架7的一端和副机翼骨架4的一端通过铰链连接组成机翼骨架；主机翼骨架7的另一端和机架的铰接中心轴线、主连杆8和导杆9的铰接中心轴线、导杆9和弦连杆5的铰接中心轴线以及内啮合齿圈2的中心线相互平行且共面；在内啮合齿圈2约束条件下，外啮合齿轮1在公转的同时以自身的旋转中心自转。

所述内啮合齿圈2和外啮合齿轮1的模数相等，齿数比为2：1。

所述主连杆8的一端活动铰接着主机翼骨架7的中部，主连杆8的另一端活动铰接着导杆9的一端，导杆9的另一端活动铰接着弦连杆5的一端；所述副连杆3的一端活动铰接着副机翼骨架4的中部，副连杆3的另一端活动铰接着弦连杆5的另一端；导向套管6固定在机架上，且套设在导杆9上，对导杆9起限位作用；

导杆9和弦连杆5的活动铰接端固定连接着内啮合齿圈2的轴向一侧。

通过改变主机翼骨架7的另一端和机架活动铰接的位置，实现改变所述机翼扑动横截面的面积的大小，最终改变主机翼骨架7和副机翼骨架4生成升力方向和大小。

所述导杆9的长度大于内啮合齿圈2的外径。

所述主机翼骨架7和副机翼骨架4的铰接端之间的夹角为90°～180°。

本发明的科学原理：电机经减速后将动力通过曲柄10传递给外啮合齿轮1，外啮合齿轮1通过导杆9、主连杆8和副连杆3分别将动力传递给主机翼骨架7和副机翼骨架4，带动主机翼骨架7和副机翼骨架4上挥或下扑，在一个扑动周期内，下扑的迎风面积、主机翼骨架7和副机翼骨架4的夹角分别远大于上挥的迎风面积、主机翼骨架7和副机翼骨架4的夹角，符合高升力机制；通过调节主机翼骨架7的另一端与机架的铰接中心到内啮合齿圈2的中心线的距离可改变升力的方向和上挥、下扑迎风面积差，转向更加灵敏。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明结构简单，加工制造成本低，单一的驱动可同时实现机翼上挥、下扑和机翼迎风面积的改变，使扑翼机更加像鸟一样飞行；

2、机翼上挥时，主机翼骨架和副机翼骨架夹角越来越小，迎风面积迅速减小，空气阻力小；机翼下扑时，主机翼骨架和副机翼骨架夹角远大于上挥时的夹角，迎风面积大，产生更大的升力，符合高升力机制，气动效率和飞行效率高。