一种翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置

1.本发明涉及扑翼飞行器技术领域，具体为一种翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置。


背景技术：

2.扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行、基于仿生学原理设计制造的新型飞行器。当扑翼飞行器的翼片在上扑动阶段与下扑动阶段之间过渡时，每次都会在后缘处产生一个启动涡，并随气流向后运动，最后在翼片后产生一系列尾涡，简称为涡街。受到尾涡诱导作用，尾流在来流方向上有与来流方向相反的流动，因此翼片会受到与来流方向相同的作用力，即阻力。当尾涡中各处的诱导速度与来流相同，因此翼片会受到与来流方向相反的作用力，即推力。
3.当翼片收到阻力时，扑翼飞行器的飞行速度会变缓，其飞行性能降低，当机翼收到推力时，扑翼飞行器的飞行速度会增加，其飞行性能会提高，根据现有研究表明，当翼片在上扑动阶段时，翼片的前端高于后端，当翼片在下扑动阶段时，翼片的前端低于后端，这样扑翼飞行器才会受到较多的推力，从而提高飞行性能。
4.但是现有扑翼飞行器中翼片的变动，主要时为了使翼片保持水平或倾斜，且其调节速度缓慢，无法跟上翼片的振动频率，因此现有的扑翼飞行器在飞行时不能通过自动倾斜来提高飞行性能，这导致扑翼飞行器的飞行性能较低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置，以解决上述背景技术中提出的现有扑翼飞行器的翼片无法进行适应性调节的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置，包括固定架，所述固定架的左右侧均铰接有主动支架及从动支架，两侧所述主动支架及从支动架的上方均安装有翼片，所述固定架的内腔中活动安装有主动副齿轮及从动副齿轮，所述主动副齿轮与主动支架之间活动连接有主动摇杆，所述从动副齿轮与从动支架之间连接有从动摇杆，所述固定架的内腔中活动安装有主动轴，所述主动轴的外侧套设有用于驱动主动副齿轮旋转的主动齿轮。
7.优选的，所述固定架的内腔中活动安装有主动减速齿轮，所述主动减速齿轮与主动副齿轮相啮合，所述主动减速齿轮与主动齿轮相啮合。
8.优选的，所述固定架的内腔中活动安装有从动齿轮，两侧所述从动副齿轮均与从动齿轮相对应。
9.优选的，所述固定架的内腔中活动安装有从动减速齿轮，所述从动减速齿轮与从动副齿轮相啮合，所述从动减速齿轮与从动齿轮相啮合。
10.优选的，所述固定架的内腔中活动安装有从动轴，所述从动齿轮套设在从动轴的外侧，所述主动轴的外侧套设有主同步齿轮，所述从动轴的外侧套设有可以前后移动的副
同步齿轮，所述固定架的内腔中活动安装有传动齿轮，所述主同步齿轮与副同步齿轮均与传动齿轮啮合。
11.优选的，所述主同步齿轮与副同步齿轮的传动比为1∶1。
12.优选的，所述主动支架与固定架的铰接点和从动支架与固定架的铰接点位于同一平面内。
13.优选的，锁住主动支架的长度与从动支架的长度相等，所述从动摇杆的长度与主动摇杆的长度相同。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.1)本装置通过风力带动翼片的后端进行上下摆动，从而使得翼片在上扑动阶段时，可以呈现前高后低，从而获得推力，翼片在下扑动阶段时，可以呈现前低后高，从而获得推力，翼片在上、下扑动阶段时，均可获得推力，这样可以提高扑翼飞行器的飞行性能；
16.2)本装置将翼片的后端与从支动架连接，然后将从支动架通过从动摇杆与从动副齿轮连接，通过从动副齿轮可以对从支动架的上下摆动幅度进行限位，进而避免从支动架上下摆动幅度过大。
附图说明
17.图1为本发明结构示意图；
18.图2为本发明主动支架传动示意图；
19.图3为本发明从支动架传动示意图；
20.图4为本发明固定架内部结构传动示意图。
21.图中：1固定架、2翼片、3主动支架、4从支动架、5主动摇杆、6主动副齿轮、7主动减速齿轮、8主动齿轮、9主动轴、10从动摇杆、11从动副齿轮、12从动减速齿轮、13从动齿轮、14从动轴、15主同步齿轮、16副同步齿轮、 17传动齿轮。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例：
26.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种翼片自适应转动摆动式变倾角扑翼装置，包括固定架1，固定架1的左右侧均铰接有主动支架3及从动支架 4，两侧主动支架3及从支动架4的上方均安装有翼片2，固定架1的内腔中活动安装有主动副齿轮6及从动副齿轮11，主动副齿轮6与主动支架3之间活动连接有主动摇杆5，从动副齿轮11与从动支架4之间连接有从动摇杆10，主动副齿轮6旋转时，主动副齿轮6会通过主动摇杆5带动主动支架3进行上下摇摆，进而带动翼片2上下煽动，翼片2上下煽动时，会带动从支动架4上下摇摆，从支动架4在上下摇摆时会通过从动摇杆10带动从动副齿轮11旋转，本装置在使用时，主动支架3位于从动支架4的前侧，当主动支架3带动翼片2 上摆时，翼片2会受到风的阻力，此时风阻会压动翼片2的后端下移，此时翼片2呈现出前高后低，进而获得向前的推力，当主动支架3带动翼片2下摆时，翼片2也会受到风的阻力，这时风阻会吹动翼片2的后端上移，此时翼片2呈现出前低后高，进而获得向前的推力，固定架1的内腔中活动安装有主动轴9，主动轴9与外界驱动电机连接，外界驱动电机可以驱动主动轴9旋转，主动轴9 的外侧套设有用于驱动主动副齿轮6旋转的主动齿轮8。
27.固定架1的内腔中活动安装有主动减速齿轮7，主动减速齿轮7与主动副齿轮6相啮合，主动减速齿轮7与主动齿轮8相啮合，主动减速齿轮7由两个分度圆直径相同但模数不同的齿轮构成，固定架1的内腔中设置有花键轴，主动减速齿轮7套设在花键轴的外侧，外设驱动设备，用于推动主动减速齿轮7前后移动，主动减速齿轮7中不同的齿轮与主动副齿轮6及主动齿轮8啮合时，主动副齿轮6与主动齿轮8之间会获得不同的传动比，进而对两侧翼片2的振动频率进行调节，本装置中可以获得1；2或1∶3的传动比。
28.固定架1的内腔中活动安装有从动齿轮13，两侧从动副齿轮11均与从动齿轮13相对应，当翼片2受到风阻时，两侧翼片2受到的风阻大小不同，此时两侧从动支架4会获得不同的摆动速度，进而会导致扑翼飞行器被迫强行转弯，将两侧从动副齿轮11均与从动齿轮13相互关联，可以使得两侧从动副齿轮11 的转速相同，进而使得两侧从动支架4的摆动速度相同。
29.固定架1的内腔中活动安装有从动减速齿轮12，从动减速齿轮12与从动副齿轮11相啮合，从动减速齿轮12与从动齿轮13相啮合，从动减速齿轮12由两个分度圆直径相同但模数不同的齿轮构成，固定架1的内腔中设置有花键轴，从动减速齿轮12套设在花键轴的外侧，外设驱动设备，用于推动从动减速齿轮 12前后移动，从动减速齿轮12前后移动，会使从动齿轮13与从动副齿轮11之间获得不同的传动比，本装置中可以获得1；2或1∶3的传动比，当主动副齿轮 6与主动齿轮8之间的传动比改变时，从动齿轮13与从动副齿轮11之间的传动比随之改变。
30.固定架1的内腔中活动安装有从动轴14，从动齿轮13套设在从动轴14的外侧，主动轴9的外侧套设有主同步齿轮15，从动轴14的外侧套设有可以前后移动的副同步齿轮16，固定架1的内腔中活动安装有传动齿轮17，传动齿轮17 的内侧插接有传动轴，传动轴的外侧前端设置有花键，传动齿轮17的数量为两个，前侧的传动齿轮17套设在花键的外侧，外设驱动设备用于推动前侧传动齿轮17进行前后移动，当前侧传动齿轮17与主同步齿轮15啮合时，传动齿轮17 随着主同步齿轮15的转动而转动，副同步齿轮16随着传动齿轮17的转动而转动，同时从动轴14随着副同步齿轮16的转动而转动。
31.主同步齿轮15与副同步齿轮16的传动比为1∶1，从而确保从动轴14可以随着主动
轴9进行同步转动，及主动轴9的角速度与从动轴14的角速度相同。
32.当扑翼飞行器悬停时，此时扑翼飞行器不需要推力，主动支架3与固定架1 的铰接点和从动支架4与固定架1的铰接点位于同一平面内，这时主动支架3 可以与从支动架4进行同频率摆动，进而确保翼片2的前后端保持水平。
33.锁住主动支架3的长度与从动支架4的长度相等，从动摇杆10的长度与主动摇杆5的长度相同，进而确保从动轴14可以随着主动轴9进行同步转动时，主动支架3可以与从支动架4进行同频率摆动。
34.工作原理：正常飞行时，主动轴9带动主动齿轮8旋转，主动齿轮8通过主动减速齿轮7带动主动副齿轮6旋转，此时两侧主动副齿轮6之间的传动比为1∶1，主动副齿轮6通过主动摇杆5带动主动支架3进行上下摇摆，进而带动翼片2上下煽动，翼片2上下煽动时，会带动从支动架4上下摇摆，从支动架4 在上下摇摆时会通过从动摇杆10带动从动副齿轮11旋转，本装置在使用时，主动支架3位于从动支架4的前侧，当主动支架3带动翼片2上摆时，翼片2 会受到风的阻力，此时风阻会压动翼片2的后端下移，此时翼片2呈现出前高后低，进而获得向前的推力，当主动支架3带动翼片2下摆时，翼片2也会受到风的阻力，这时风阻会吹动翼片2的后端上移，此时翼片2呈现出前低后高，进而获得向前的推力；
35.当本装置悬停时，主动轴9带动主动齿轮8和主同步齿轮15旋转，主动齿轮8通过主动减速齿轮7带动主动副齿轮6旋转，主同步齿轮15带动副同步齿轮16旋转，副同步齿轮16带动从动轴14旋转，从动轴14带动从动齿轮13旋转，从动齿轮13通过从动减速齿轮12带动从动副齿轮11旋转，此时两侧主动副齿轮6之间的传动比为1∶1，两侧从动副齿轮11之间的传动比为1∶1，主动副齿轮6与主动齿轮8之间的传动比和从动副齿轮11与从动齿轮13之间的传动比相同，这时主动支架3和从支动架4共同带动翼片2煽动，并使翼片2前后保持水平，这时翼片2只收到向上的升力，当升力与本装置的重力相同时，本装置悬停；
36.当本装置旋转时，主动轴9带动主动齿轮8和主同步齿轮15旋转，主动齿轮8通过主动减速齿轮7带动主动副齿轮6旋转，主同步齿轮15带动副同步齿轮16旋转，副同步齿轮16带动从动轴14旋转，从动轴14带动从动齿轮13旋转，从动齿轮13通过从动减速齿轮12带动从动副齿轮11旋转，此时两侧主动副齿轮6之间的传动比为2∶3或3∶2，两侧从动副齿轮11之间的传动比为2∶3 或3∶2，同侧主动副齿轮6与主动齿轮8之间的传动比和同侧从动副齿轮11与从动齿轮13之间的传动比相同，此时翼片2两侧受到的升力不同，在力矩的作用下，本装置开始旋转；
37.当本装置转弯时，主动轴9带动主动齿轮8旋转，主动齿轮8通过主动减速齿轮7带动主动副齿轮6旋转，此时两侧主动副齿轮6之间的传动比为为2∶3 或3∶2，主动副齿轮6通过主动摇杆5带动主动支架3进行上下摇摆，进而带动翼片2上下煽动，翼片2上下煽动时，会带动从支动架4上下摇摆，从支动架4 在上下摇摆时会通过从动摇杆10带动从动副齿轮11旋转，由于两侧翼片2的煽动频率不同，两侧翼片2收到的推力也不同，此时本装置开始转弯。
38.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说
明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，包括固定架(1)，其特征在于：所述固定架(1)的左右侧均铰接有主动支架(3)及从动支架(4)，两侧所述主动支架(3)及从支动架(4)的上方均安装有翼片(2)，所述固定架(1)的内腔中活动安装有主动副齿轮(6)及从动副齿轮(11)，所述主动副齿轮(6)与主动支架(3)之间活动连接有主动摇杆(5)，所述从动副齿轮(11)与从动支架(4)之间连接有从动摇杆(10)，所述固定架(1)的内腔中活动安装有主动轴(9)，所述主动轴(9)的外侧套设有用于驱动主动副齿轮(6)旋转的主动齿轮(8)。2.根据权利要求1所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：所述固定架(1)的内腔中活动安装有主动减速齿轮(7)，所述主动减速齿轮(7)与主动副齿轮(6)相啮合，所述主动减速齿轮(7)与主动齿轮(8)相啮合。3.根据权利要求1所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：所述固定架(1)的内腔中活动安装有从动齿轮(13)，两侧所述从动副齿轮(11)均与从动齿轮(13)相对应。4.根据权利要求3所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：所述固定架(1)的内腔中活动安装有从动减速齿轮(12)，所述从动减速齿轮(12)与从动副齿轮(11)相啮合，所述从动减速齿轮(12)与从动齿轮(13)相啮合。5.根据权利要求3所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：所述固定架(1)的内腔中活动安装有从动轴(14)，所述从动齿轮(13)套设在从动轴(14)的外侧，所述主动轴(9)的外侧套设有主同步齿轮(15)，所述从动轴(14)的外侧套设有可以前后移动的副同步齿轮(16)，所述固定架(1)的内腔中活动安装有传动齿轮(17)，所述主同步齿轮(15)与副同步齿轮(16)均与传动齿轮(17)啮合。6.根据权利要求5所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：所述主同步齿轮(15)与副同步齿轮(16)的传动比为1∶1。7.根据权利要求1所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：所述主动支架(3)与固定架(1)的铰接点和从动支架(4)与固定架(1)的铰接点位于同一平面内。8.根据权利要求1所述的一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，其特征在于：锁住主动支架(3)的长度与从动支架(4)的长度相等，所述从动摇杆(10)的长度与主动摇杆(5)的长度相同。

技术总结
本发明公开的属于扑翼飞行器技术领域，具体为一种翼片自适应转动摆动式变倾角翼片装置，包括固定架，所述固定架的左右侧均铰接有主动支架及从动支架，两侧所述主动支架及从支动架的上方均安装有翼片，所述固定架的内腔中活动安装有主动副齿轮及从动副齿轮，所述主动副齿轮与主动支架之间活动连接有主动摇杆，所述从动副齿轮与从动支架之间连接有从动摇杆，本装置通过风力带动翼片的后端进行上下摆动，从而使得翼片在上扑动阶段时，可以呈现前高后低，从而获得推力，翼片在下扑动阶段时，可以呈现前低后高，从而获得推力，翼片在上、下扑动阶段时，均可获得推力，这样可以提高扑翼飞行器的飞行性能。的飞行性能。的飞行性能。


技术研发人员：王军 李富强 游鹏
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2023/6/28