一种悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法

1.本发明涉及航空飞行器技术领域，具体为一种悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法。


背景技术：

2.鸟类的飞行技巧比现有的固定翼飞机要轻巧和高效，基于仿生学原理的扑翼机和常规飞机相比，仅用一套扑翼系统就可以代替螺旋桨或着喷气式发动机提供推力，又可以起到升力面和控制面的作用，因此扑翼飞行器可以简化结构并降低飞行器的重量。从现有对于鸟类和昆虫的研究资料表明，扑翼飞行低速飞行时所需要的功率和普通飞机相比要小得多，并具有优异的垂直或短距起落能力。
3.扑翼飞行器在飞行时，将其扑翼煽动的位置建立直角坐标系，则其左侧扑翼会在第二象限及第三象限振动，其右侧扑翼会在第一象限及第四象限振动，这导致扑翼飞行器在未飞起时，煽动的扑翼在进入第三象限及第四象限后，会拍打到地面上，当扑翼的煽动频率过高，扑翼与地面的撞击力度较大，这时扑翼容易损坏。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法，以解决上述背景技术中提出的现有的扑翼飞行器在起飞及降落时其扑翼会拍打到地面的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法，包括机架，所述机架的上方左右侧活动连接有主支架，两侧所述主支架的上方安装有主扑翼，所述主扑翼在煽动时，只在第一象限或第二象限振动，所述主扑翼在煽动时负责提供向上的升力，所述机架的下方左右侧活动连接有辅支架，所述辅支架的上端安装有辅扑翼，所述辅扑翼在煽动时，只在第三象限或第四象限振动，所述辅扑翼在煽动时负责提供向上的升力及向前的推力，所述辅扑翼可以与主扑翼进行同频率煽动，也可以不煽动。
6.优选的，所述机架的内腔中活动安装有主动轴，所述机架的内腔中安装有用驱动主动轴旋转的驱动电机，所述主动轴的外侧套设有主动齿轮及辅动齿轮，所述内腔中活动安装有从动齿轮及被动齿轮，所述辅动齿轮与被动齿轮啮合，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，所述被动齿轮与辅支架之间活动连接有辅动摇杆，所述主支架与从动齿轮之间活动连接有主动摇杆。
7.优选的，所述主动轴的外端设置有花键，所述辅动齿轮的内腔中开设有花键槽，所述花键活动插接在花键槽中，所述机架的内腔中安装有用于推动辅动齿轮前后移动的起止装置。
8.优选的，所述被动齿轮的数量与辅动齿轮的数量相同，单个所述辅动齿轮与单个被动齿轮啮合。
9.优选的，机架的内腔中设置有限位板，所述主动轴的外侧套设有限位轮，所述限位板及限位轮靠近辅动齿轮的一侧均设置有定位柱，所述辅动齿轮的本体上开设有定位孔，
所述定位柱与定位孔相对应。
10.优选的，所述辅动齿轮与被动齿轮之间的传动比和主动齿轮与从动齿轮之间的传动比相同。
11.一种悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法，该悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法如下：
12.起飞时，主扑翼开始在第一象限和第二象限进行煽动，辅扑翼不煽动，此时悬停扑翼飞行器获得向上的升力，随着主扑翼的振动频率增大，升力开始增加，当升力大于扑翼飞行器的重力时，扑翼飞行器开始上升；
13.当悬停扑翼飞行器与地面高度达到一定值时，两侧辅扑翼开始在第三象限和第四象限进行煽动，扑翼飞行器获得向前的推力开始向前飞行；
14.悬停时，两侧辅扑翼停止煽动，此时只有主扑翼在煽动，当主扑翼煽动时所提供的升力与扑翼飞行器的重力相同时，扑翼飞行器开始悬停；
15.需要转向时，两侧辅扑翼一侧进行煽动，另一侧停止煽动，此时扑翼飞行器只会在辅扑翼煽动的一侧受到推力，然后扑翼飞行器回向没受到推力的一侧转动；
16.降落时，当扑翼飞行器靠近地面后，辅扑翼先停止煽动，然后再降低主扑翼的振动频率，直至扑翼飞行器降落到地面，最后再使主扑翼停止煽动。
17.优选的，所述辅扑翼停止煽动时，所述辅扑翼呈水平状态。
18.优选的，同侧所述辅扑翼和主扑翼在煽动时，其煽动方向相反。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1)在第一象限和第二象限的主扑翼先进行振动，当扑翼飞行器飞行到足够的高度后，辅扑翼在开始振动，从而避免了在第三象限及第四象限振动的辅扑翼拍打到地面，通过对辅扑翼进行保护，进而可以延长扑翼飞行器的使用寿命；
21.2)传统的悬停扑翼飞行器，为了能够进行悬停及飞行，需要在扑翼上添加复杂的驱动机构，来控制扑翼倾斜或水平，这会增加扑翼的重量，本装置由主扑翼提供升力，辅扑翼提供推力，从而避免了在扑翼上添加驱动机构，进而可以降低扑翼的重量。
附图说明
22.图1为本发明结构示意图；
23.图2为本发明主扑翼传动机构示意图；
24.图3为本发明辅扑翼传动机构示意图；
25.图4为本发明机架内部传动机构示意图；
26.图5为本发明起止装置左视结构示意图。
27.图中：1机架、2主扑翼、3辅扑翼、4主支架、5主动摇杆、6从动齿轮、7主动摇杆、8主动齿轮、9辅支架、10辅动摇杆、11被动齿轮、12辅动齿轮、13限位轮、14限位板、15定位柱、16驱动电机、17起止装置。
具体实施方式
28.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。
29.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。
30.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。
31.实施例：
32.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法，包括机架1，机架1的上方左右侧活动连接有主支架4，两侧主支架4的上方安装有主扑翼2，以主视图构建直角坐标系，左侧主扑翼2在煽动时，只在第三象限振动，右侧主扑翼2在煽动时，只在第一象限振动，主扑翼2在煽动时负责提供向上的升力，机架1的下方左右侧活动连接有辅支架9，辅支架9的上端安装有辅扑翼3，以主视图构建直角坐标系，左侧辅扑翼3在煽动时，只在第三象限振动，右侧辅扑翼3在煽动时，只在第四象限振动，辅扑翼3在煽动时负责提供向上的升力及向前的推力，起飞或降落时，只有主扑翼2进行煽动，由于主扑翼2不会进入第三象限及第四象限，所以主扑翼2在煽动时，不会拍打到地面，当扑翼飞行器飞行到一定高度后，辅扑翼3开始煽动，此时煽动的辅扑翼3也不会拍打到地面，辅扑翼3与主扑翼2在煽动时，其煽动频率相同。
33.机架1的内腔中活动安装有主动轴7，机架1的内腔中安装有用驱动主动轴7旋转的驱动电机16，主动轴7的外侧套设有主动齿轮8及辅动齿轮12，主动齿轮8与辅动齿轮12在旋转时，其角速度均与主动轴7的角速度相同，内腔中活动安装有从动齿轮6及被动齿轮11，辅动齿轮12与被动齿轮11啮合，主动齿轮8与从动齿轮6啮合，被动齿轮11与辅支架9之间活动连接有辅动摇杆10，左右侧辅支架9在靠近与机架1的一侧与机架1铰接，左右侧辅支架9的铰接点在同一位置，辅动齿轮12旋转时，会带动被动齿轮11旋转，被动齿轮11旋转时会通过辅动摇杆10带动辅支架9上下摇摆，辅支架9通过上下摇摆带动辅扑翼3上下煽动，主支架4与从动齿轮6之间活动连接有主动摇杆5，左右侧主支架4在靠近与机架1的一侧与机架1铰接，左右侧主支架4的铰接点在同一位置，主动齿轮8旋转时，会带动从动齿轮6旋转，从动齿轮6旋转时会通过主动摇杆5带动主支架4上下摇摆，主支架4通过上下摇摆带动主扑翼2上下煽动。
34.主动轴7的外端设置有花键，辅动齿轮12的内腔中开设有花键槽，花键活动插接在花键槽中，机架1的内腔中安装有用于推动辅动齿轮12前后移动的起止装置17，通过起止装置17带动辅动齿轮12前后移动，辅动齿轮12的花键槽套入到主动轴7的花键上后，辅动齿轮12开始随着与主动轴7的转动而转动，当辅动齿轮12从主动轴7的花键上后，主动轴7转动时，辅动齿轮12不在转动，辅动齿轮12在移动过程中，其与被动齿轮11始终保持啮合。
35.被动齿轮11的数量与辅动齿轮12的数量相同，单个辅动齿轮12与单个被动齿轮11
啮合，两侧被动齿轮11被分开控制，被动齿轮11可以选择性的与辅动齿轮12啮合，从而实现只有单侧的被动齿轮11进行转动。
36.机架1的内腔中设置有限位板14，主动轴7的外侧套设有限位轮13，限位板14及限位轮13靠近辅动齿轮12的一侧均设置有定位柱15，辅动齿轮12的本体上开设有定位孔，定位柱15与定位孔相对应，定位柱15保持非对称性，即定位孔与定位柱15配合时，辅动齿轮12与限位板14或限位轮13的位置保持相对不变的，当辅动齿轮12与限位板14贴合时，辅动齿轮12不在跟随主动轴7转动，此时辅扑翼3保持水平状态，当辅动齿轮12与限位轮13贴合时，辅动齿轮12随着主动轴7的转动而转动，只有当主扑翼2处于水平状态时，辅动齿轮12上的定位孔才会与限位轮13上的定位柱15相对应，此时才可以带动辅动齿轮12与限位轮13贴合。
37.辅动齿轮12与被动齿轮11之间的传动比和主动齿轮8与从动齿轮6之间的传动比相同，从而使得辅扑翼3与主扑翼2在煽动时，其煽动频率可以保持相同。
38.一种悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法，该悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法如下：
39.起飞时，主扑翼2开始在第一象限和第二象限进行煽动，辅扑翼3不煽动，此时悬停扑翼飞行器获得向上的升力，随着主扑翼2的振动频率增大，升力开始增加，当升力大于扑翼飞行器的重力时，扑翼飞行器开始上升；
40.当悬停扑翼飞行器与地面高度达到一定值时，两侧辅扑翼3开始在第三象限和第四象限进行煽动，扑翼飞行器获得向前的推力开始向前飞行；
41.悬停时，两侧辅扑翼3停止煽动，此时只有主扑翼2在煽动，当主扑翼2煽动时所提供的升力与扑翼飞行器的重力相同时，扑翼飞行器开始悬停；
42.需要转向时，两侧辅扑翼3一侧进行煽动，另一侧停止煽动，此时扑翼飞行器只会在辅扑翼3煽动的一侧受到推力，然后扑翼飞行器回向没受到推力的一侧转动，即左侧辅扑翼3不煽动，右侧辅扑翼3煽动时，扑翼飞行器向左转动，当左侧辅扑翼3煽动，右侧辅扑翼3不煽动时，扑翼飞行器向右转动；
43.降落时，当扑翼飞行器靠近地面后，辅扑翼3先停止煽动，然后再降低主扑翼2的振动频率，直至扑翼飞行器降落到地面，最后再使主扑翼2停止煽动。
44.辅扑翼3停止煽动时，辅扑翼3呈水平状态，从而避免扑翼飞行器在落地时，辅扑翼3会与地面相撞。
45.同侧辅扑翼3和主扑翼2在煽动时，其煽动方向相反。
46.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。
47.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：
1.一种悬停扑翼飞行器，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)的上方左右侧活动连接有主支架(4)，两侧所述主支架(4)的上方安装有主扑翼(2)，所述主扑翼(2)在煽动时，只在第一象限或第二象限振动，所述主扑翼(2)在煽动时负责提供向上的升力，所述机架(1)的下方左右侧活动连接有辅支架(9)，所述辅支架(9)的上端安装有辅扑翼(3)，所述辅扑翼(3)在煽动时，只在第三象限或第四象限振动，所述辅扑翼(3)在煽动时负责提供向上的升力及向前的推力，所述辅扑翼(3)可以与主扑翼(2)进行同频率煽动，也可以不煽动。2.根据权利要求1所述的一种悬停扑翼飞行器，其特征在于：所述机架(1)的内腔中活动安装有主动轴(7)，所述机架(1)的内腔中安装有用驱动主动轴(7)旋转的驱动电机(16)，所述主动轴(7)的外侧套设有主动齿轮(8)及辅动齿轮(12)，所述内腔中活动安装有从动齿轮(6)及被动齿轮(11)，所述辅动齿轮(12)与被动齿轮(11)啮合，所述主动齿轮(8)与从动齿轮(6)啮合，所述被动齿轮(11)与辅支架(9)之间活动连接有辅动摇杆(10)，所述主支架(4)与从动齿轮(6)之间活动连接有主动摇杆(5)。3.根据权利要求2所述的一种悬停扑翼飞行器，其特征在于：所述主动轴(7)的外端设置有花键，所述辅动齿轮(12)的内腔中开设有花键槽，所述花键活动插接在花键槽中，所述机架(1)的内腔中安装有用于推动辅动齿轮(12)前后移动的起止装置(17)。4.根据权利要求3所述的一种悬停扑翼飞行器，其特征在于：所述被动齿轮(11)的数量与辅动齿轮(12)的数量相同，单个所述辅动齿轮(12)与单个被动齿轮(11)啮合。5.根据权利要求4所述的一种悬停扑翼飞行器，其特征在于：机架(1)的内腔中设置有限位板(14)，所述主动轴(7)的外侧套设有限位轮(13)，所述限位板(14)及限位轮(13)靠近辅动齿轮(12)的一侧均设置有定位柱(15)，所述辅动齿轮(12)的本体上开设有定位孔，所述定位柱(15)与定位孔相对应。6.根据权利要求2所述的一种悬停扑翼飞行器，其特征在于：所述辅动齿轮(12)与被动齿轮(11)之间的传动比和主动齿轮(8)与从动齿轮(6)之间的传动比相同。7.一种如权利要求1-6任意一项所述的悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法，其特征在于：该悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法如下：起飞时，主扑翼(2)开始在第一象限和第二象限进行煽动，辅扑翼(3)不煽动，此时悬停扑翼飞行器获得向上的升力，随着主扑翼(2)的振动频率增大，升力开始增加，当升力大于扑翼飞行器的重力时，扑翼飞行器开始上升；当悬停扑翼飞行器与地面高度达到一定值时，两侧辅扑翼(3)开始在第三象限和第四象限进行煽动，扑翼飞行器获得向前的推力开始向前飞行；悬停时，两侧辅扑翼(3)停止煽动，此时只有主扑翼(2)在煽动，当主扑翼(2)煽动时所提供的升力与扑翼飞行器的重力相同时，扑翼飞行器开始悬停；需要转向时，两侧辅扑翼(3)一侧进行煽动，另一侧停止煽动，此时扑翼飞行器只会在辅扑翼(3)煽动的一侧受到推力，然后扑翼飞行器回向没受到推力的一侧转动；降落时，当扑翼飞行器靠近地面后，辅扑翼(3)先停止煽动，然后再降低主扑翼(2)的振动频率，直至扑翼飞行器降落到地面，最后再使主扑翼(2)停止煽动。8.根据权利要求7所述的一种悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法，其特征在于：所述辅扑翼(3)停止煽动时，所述辅扑翼(3)呈水平状态。9.根据权利要求7所述的一种悬停扑翼飞行器的悬停扑翼飞行方法，其特征在于：同侧
所述辅扑翼(3)和主扑翼(2)在煽动时，其煽动方向相反。

技术总结
本发明公开的属于航空飞行器技术领域，具体为一种悬停扑翼飞行器以及悬停扑翼飞行方法，包括机架，所述机架的上方左右侧活动连接有主支架，两侧所述主支架的上方安装有主扑翼，所述主扑翼在煽动时，只在第一象限或第二象限振动，所述主扑翼在煽动时负责提供向上的升力，所述机架的下方左右侧活动连接有辅支架，所述辅支架的上端安装有辅扑翼，所述辅扑翼在煽动时，在第一象限和第二象限的主扑翼先进行振动，当扑翼飞行器飞行到足够的高度后，辅扑翼在开始振动，从而避免了在第三象限及第四象限振动的辅扑翼拍打到地面，通过对辅扑翼进行保护，进而可以延长扑翼飞行器的使用寿命。命。命。


技术研发人员：王军 李富强 吴保磊
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：2023/6/12