一种可收集流体动能的扑翼装置的制作方法

1.本发明涉及飞行器机翼或流体发电的一种翼型装置，具体是一种扑翼装置。


背景技术：

2.扑翼是模仿鸟类飞行的一种可以多维度扑动的结构装置，自古人们就以人力扇动翅膀模仿鸟类飞行。在目前现有技术中，一般以齿轮变速，刚性驱动的方式而无法达到较大尺寸扑翼飞行器的运用，只在小型无人机或仿生方面有所发展。
3.扑翼与固定翼的区别在于将推进力与升力集于一体提高机动能力和效率，还利用上升流进行滑翔而降低能耗。随着人们对环保意识的提高，以及对节能高效等可持续发展的需求，扑翼技术越来越被关注和研究。尤其在流体发电领域，扑翼技术在水流和风力发电的应用也受到材料、结构的限制或效率低下等制约，目前还无法广泛发展。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的缺陷或不足，本发明公开一种扑翼结合固定翼升力原理，实现一种可收集流体动能的扑翼装置。
5.本发明是这样实现的：一种可收集流体动能的扑翼装置，包括多个拉杆、连接铰链和扑翼本体，其特征在于，所述扑翼本体控制下翼面产生向下的升力与上翼面产生向上的升力轮流进行实现扑动，且结合流体的升力与反作用力产生持续向上的总升力、推力和/或输出机械能，同时控制掠角和扑动幅度与频率实现可操纵的运行。
6.优选地，所述拉杆为一种可控制变化弹性的伸缩部件。
7.优选地，所述扑翼本体为双凸翼型，由翼根侧第一翼段和翼尖侧第二翼段通过弹性部件弹性连接组成，且通过所述拉杆和连接铰链活动连接机体，以及在扑翼本体的翼根端面设有传动杆和支撑杆连接机体耦合动力；所述扑翼本体末端的前缘设有驱动部件和配重部件控制翼尖的摆动。
8.优选地，所述弹性部件为一种可控制变化弹性的伸缩部件。
9.优选地，所述扑翼本体的翼根端面通过所述拉杆和连接铰链活动连接机体，且前后缘内侧的翼梁端头转动通过翼根端面连接机体耦合动力，另一头向翼尖下垂，可摆动；所述翼梁上设有偏心轴且套上可变形整流罩构成所述扑翼本体的前后缘，所述整流罩平滑连接上下翼面的蒙皮；所述扑翼本体设有多个翼肋，两头连接万向联轴器通过轴承座由偏转部件控制，且套上滚轴穿在上下翼面之间，挠性连接所述蒙皮。
10.优选地，所述翼梁沿翼展方向为弧形，中段向上拱，可向前下方偏转，末段向下垂，可向后上方偏转。
11.优选地，所述蒙皮为柔性蒙皮或由多块刚性材料活动拼接构成的可变形蒙皮，且与所述整流罩、翼梁、翼肋构成预定翼面。
12.本发明的有益效果是：1.本发明利用固定翼升力原理，通过控制上下翼面的升力变化实现自主扑动，改
变现有技术采用刚性驱动方式。本发明的扑翼装置扑动的幅度与频率随流体强度灵活变化，降低对材料、结构和动力的要求，实现较大尺寸扑翼飞行器的应用。2.本发明的扑翼装置还可以在飞行器上利用上升流或下降过程中收集动能进行发电提高续航能力，以及作为流体发电装置使用。尤其作为水力发电不需要筑坝储水，直接设置在河流或洋流中，具有环保和实用性等优点。
附图说明
13.图1是本发明扑翼装置的第一种实施方式的结构示意图。
14.图2是本发明扑翼装置的第二种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
16.图1和图2是本发明扑翼装置的两种实施方式，其工作原理是：本发明扑翼装置在流体作用下逐渐加大摆动，尤其从翼尖开始加大。当摆动达到一定强度时，受流体作用，扑翼便上扑或下扑。当扑动到达上止点或下止点时，所述扑翼装置控制翼面将升力往反方向进行，促进扑翼反向扑动；进而实现周期性扑动产生持续向上的总升力、推力和/或输出机械能发电。本发明扑翼装置还应采用两副以上且异步扑动的运行方式实现飞行器的稳定飞行，降低扑翼扑动的升力变化而产生的抖动。
17.图1示出本发明第一种实施方式，本发明扑翼装置为双凸翼型，由翼根侧第一翼段与翼尖侧第二翼段通过弹性部件3连接组成。所述弹性部件3由可控气弹簧构成，通过变化气压可控制掠角和俯仰角，变化扑翼本体的扑动方向。本发明扑翼装置通过多根拉杆1和连接铰链2活动连接在机体上。所述拉杆1为带有万向接头的可控气压伸缩杆，通过变化气压支撑扑翼本体的多维度及稳定扑动。本发明扑翼装置在翼根端面前后缘位置设有两个传动杆4，以及在这两个所述传动杆4的中间设有支撑杆5。所述支撑杆5支撑传动杆4在机体驱动中一上一下运动，实现扑翼本体俯仰角的变化。所述传动杆4还在本发明扑翼装置扑动运行中产生另一维度的上下运动，实现流体动能的收集和利用。本发明扑翼装置在扑翼末端前缘设有配重部件7，所述配重部件7通过驱动部件6沿翼展方向变化位置。所述驱动部件6由电磁或气压驱动系统构成。所述配重部件7由滑竿或滑轨与配重块构成，配重块在滑竿或滑轨上滑动实现变化位置。本发明扑翼装置通过控制扑翼本体从翼根到翼尖的摆动，以及变化摆动幅度与频率，利用流体升力与反作用力，实现持续扑动且可操纵的稳定运行。
18.本发明第一种实施方式作为流体发电的工作原理是：机体驱动所述传动杆4循环变化本发明扑翼装置的俯仰角，同时控制所述驱动部件6驱动所述配重部件7在翼尖运动，促进翼尖上下摆动，且翼尖前缘比后缘摆动幅度大，形成从翼尖到翼根反复变化俯仰角。所述扑翼本体在有序变化俯仰角的过程中受到足够大的流体动能驱动时，便停止摆动俯仰角且利用流体产生上扑或下扑的升力动作。所述扑翼本体扑动达到上止点或下止点时再反向调整俯仰角产生反向升力。从而，本发明扑翼装置持续利用流体升力作用与反作用力，实现控制下翼面产生向下的升力与上翼面产生向上的升力轮流进行而持续扑动。本发明扑翼装置上下扑动的机械能通过传动杆4耦合到机体发电装置进行发电。
机体发电装置可以采用往复式发电机，或者通过旋转摆动机构，将往复运动转换成旋转运动再连接发电机。本发明扑翼装置在扑动运行中通过传动杆4由机体控制俯仰角的有序变化；同时，所述驱动部件6同步控制所述配重部件7变化相应位置，增强或减弱翼尖上下摆动的幅度与频率，以及利用弹性部件3控制扑翼中段与末段的掠角和俯仰角变化，促进本发明扑翼装置可操纵性，实现在变化的流体中稳定运行。
19.图2示出本发明第二种实施方式，本发明扑翼装置在扑翼本体前后缘内侧设有沿翼展方向为弧形的翼梁8，端头通过轴承转动穿过翼根端面连接机体，另一头向翼尖下垂，中部向上拱起。所述翼梁8由机体驱动反复旋转90
°
，变化拱起的中部向前掠，下垂的翼尖向后摆的反复动作。所述翼梁8还在本发明扑翼装置扑动运行中产生另一维度的上下运动，实现流体动能的收集和利用。本发明扑翼装置翼根端面设有多根拉杆1和连接铰链2上反角活动连接机体。所述拉杆1为带有万向接头的可控气压伸缩杆，通过变化气压支撑扑翼本体的多维度及稳定扑动。
20.所述翼梁8之间设有可翻转的翼肋12，所述翼肋12两端设有万向联轴器13，所述万向联轴器13转动穿过轴承座14连接偏转部件15。所述偏转部件15设置在所述轴承座14后端，由伺服电机或气压驱动系统构成，与所述翼梁8联动控制所述翼肋12的偏转。所述翼肋12上设有多段滚轴16穿在上下翼面之间挠性连接所述蒙皮11。实现本发明扑翼装置的下翼面产生向下的升力与上翼面产生向上的升力轮流进行而持续扑动。所述蒙皮11由柔性材料或由多块刚性材料活动拼接构成的可变形蒙皮。
21.所述翼梁8上设有偏心轴9，所述偏心轴9与所述轴承座14分别设置在整流罩10的内部，所述整流罩10为橡胶或可变形材料构成，套在所述翼梁8外面，且平滑连接所述蒙皮11，构成所述扑翼本体的前后缘，降低翼面阻力和提高本发明扑翼装置运动的灵活性。所述蒙皮11、整流罩10通过所述翼梁8、翼肋12的动作构成所述扑翼本体的预定翼面。
22.本发明第二种实施方式作为流体发电的工作原理是：本发明扑翼装置在流体升力作用下产生向上扑动且到达上止点时，控制扑翼本体下垂的翼尖向后偏转。当所述翼梁8偏转90
°
时，联动所述偏转部件15控制所述翼肋12翻转所述蒙皮11，变化扑翼本体的上下翼面，促进利用流体升力将扑翼本体向下拉动。当扑翼本体向下扑动到达下止点时，控制所述翼梁8反向偏转90
°
再联动所述偏转部件15控制所述翼肋12反向翻转所述蒙皮11，返回变化扑翼本体的上下翼面，促进利用流体升力将扑翼本体向上拉动。扑翼本体的反复上下扑动在所述翼梁8端头上便产生相应的上下运动。因此，通过机体上的往复式发电机或者通过旋转摆动机构连接发电机将机械能转化为电能，实现了本发明扑翼装置收集流体动能的技术方案。
23.本发明扑翼装置还可以采用不变化翼面或俯仰角的结构设计。例如采用康达效应的吹气襟翼技术原理，在双凸翼型的扑翼上，沿翼展方向的上下翼面各设置一排喷嘴轮流吹气，促进上下翼面升力轮流变化产生扑动而实现本发明扑翼装置的技术方案。因此，只要在上下翼面产生的升力轮流变化而实现扑动的技术方案均落入本发明的保护范围。