一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机制造技术

本发明专利技术涉及一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机。该扑翼机包括左机翼、右机翼、机翼轴总装管、机框上横梁、机框底杆、机框架左右侧杆、手控拉力把手、仰俯角手轮、脚踏杆、左机轮、右机轮、左悬索总缆、右悬索总缆、左悬垂拉索、右悬垂拉索等相关设置。该发明专利技术还综合应用了扑翼仰俯自调、机身横滚、机身仰俯操控系统。通过人体起、蹲时手脚一同用力，促使机翼自动产生俯角下扑和仰角滑升周期运动，同时还可叠加横滚、爬升、俯冲几种复杂运动，实现人力扑翼机的完全可控飞行。与现有技术相比，本发明专利技术综合运用较全面，具有结构优化、质量轻巧、操作灵活、起降方便的特点，适合户外竞技活动等，具有一定的开发前景。

A Flapping Wing Mechanism and Human Flapping Wing Aircraft with Controllable Pitch Angle of Left and Right Wings

The invention relates to a flapping wing mechanism with controllable pitch angle of left and right wings and a human flapping wing aircraft. The flapping wing aircraft includes left wing, right wing, wing axle assembly pipe, frame upper beam, frame bottom rod, frame left and right side rod, hand-controlled pull handle, pitch angle handwheel, pedal, left wheel, right wheel, left suspension cable, right suspension cable, left suspension cable, right suspension cable, right suspension cable and other related settings. The invention also integrates the flapping wing pitch self-adjustment, the fuselage roll and the fuselage pitch control system. Through the joint efforts of hands and feet when the human body is lifting and squatting, the wing can automatically generate periodic motion of pitching down and elevation sliding. At the same time, several complex movements such as roll, climb and dive can be superimposed to realize the fully controllable flight of the human flapping wing aircraft. Compared with the existing technology, the present invention has the advantages of comprehensive application, structural optimization, light weight, flexible operation, convenient lifting and landing, and is suitable for outdoor competitive activities, and has certain development prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机
本专利技术属于航空飞行器及飞机机构领域，具体涉及一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机。
技术介绍
在扑翼飞行器上，世界各地均有不少成功的报道和专利。但在人力扑翼飞行器研究方面，目前还没有比较成功的报道。在固定翼人力飞行方面，据科学网(kexue.com)了解，人力飞行器长距离飞行世界纪录是由美国麻省理工大学于1988年创造的115.11公里，创造世界纪录的“代达罗斯号”净重70磅(约合31公斤)，全程用时3小时54分，时速为29.5公里/小时，目前这个记录还没有被打破。据网络资料显示，美国的Stemme-S10-V动力滑翔机翼展23米，无动力时的滑翔比达到了惊人的50：1，有人操控的无动力滑翔飞机最好成绩是日本第25届“鸟人”大赛的417.49米，这些比赛的滑翔比均保持在50：1左右。这些实践活动都为人力扑翼飞行研究提供了很好的理论支持和实践证明，对人力飞机基础数据参数设定提供了宝贵的经验。曾经获得奥斯卡多项大奖的法国纪录片《迁徙》告诉人们，红腹滨鹬及北极雁一次就可飞行10000公里左右，而人类在此方面，只达到了此类鸟飞行距离的大约百分之一，人力扑翼飞行理论研究和实际应用还有很大潜力。从理论上讲，鸟类扑翼飞行的动作比较复杂，人们对鸟类飞行原理的认识还停留在表面上。所述表面认识，是指人们对鸟类的翅膀和身体，在升力和载重这样一对相互依赖的矛盾主体，从表面上解释了扑翼飞行的基本动作，各种创意很多，但多数都忽视了力学分析这个最基本的科学方法。人类对扑翼飞行的基本原理和本质内涵还需要重新认识。以上所述，要想在人力飞行上有重大突破，还得向鸟类学习，使用最省力的扑翼飞行方式，而不是螺旋桨动力方式。相比人的螺旋桨动力方式，由于人力扑翼飞行速度有所提高，翼载面积将相对缩小，结构和整机重量也随之优化，飞行阻力也将大大降低，实际长距离扑翼飞行成为可能，这样的扑翼动力效率将比螺旋桨动力方式提高30%以上。
技术实现思路
本专利技术的目的，就在于提供一种能够依靠人的体力进行扑翼的扑翼机技术方案及创新方法。此方案对所遇问题进行优化并综合解决，对今后动力扑翼飞行器的拓展（也包括大型飞机、超轻型个人动力飞机、微型飞行器等）将开辟一条新的技术途径。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现。除链轮、拉索、钢索、轴承等各别备件外，扑翼机的全部构架基本采用碳纤维材料制作，以满足质量轻盈、强度安全可靠的扑翼机设计要求。本专利技术中，扑翼机的左右机翼轴采用悬链线理论应用，即悬索桥受力结构原理，以满足机翼轴质量轻盈、笔直抗弯、左右机翼可以同步做仰俯动作、差动仰俯做机身横滚动作、或者做这两种动作的叠加运动的设计要求，同时机翼仰俯角变化时，垂直于翼轴的拉索对机翼蒙皮的结构影响可忽略不计（机翼底面与垂线拉索之间的微孔可自行设法解决）。满足人体工程学和实用化的设计要求，即双腿在提供动力源蹬力的同时，左右手臂也可以进行拉伸运动，使人体功率充分发挥，减轻腿部负荷，同时还可以控制机身仰俯动作。本机构设置简单并操作方便，对操作者跑、跳、起、降及飞行观察十分有利。设置扑翼动力源，以及左右机翼轴可控仰俯角机构、机身横滚操控机构、机身水平手动操控机构。技术方案还在于以下表述。一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机，该扑翼机包括全动左机翼和全动右机翼以及对应的左机翼轴和右机翼轴之间相对接的左机翼轴总装管和右机翼轴总装管，全动左机翼和全动右机翼两端还分别固接有左翼梢、右翼梢；所述左机翼轴总装管和右机翼轴总装管的中间还设置有压力轴承座，此三部分共同设置并固接于机框上横杆之上；所述机框上横杆的两端还设置有机框架左侧和机框架右侧，并在底端与机框底杆相固接；所述有机框架左侧和机框架右侧的上部还固接有手轮中心轴，下部两端还套接了可以上下滑动的脚踏杆；所述手轮中心轴上还套接有手轮轴管，手轮轴管最外端还固接有左翼伞形限位操控板右翼伞形限位操控板，手轮轴管中部左右还固接了左侧手轮右侧手轮，在手轮轴管的中间还套接有轴管外套管，在轴管外套管的中间还与“T”形底板的两端固接，“T”形底板的另一端在机框上横杆的中间固接，在“T”形底板的三点上，还对应固接有“T”形面板，所形成的夹层中设置了手控拉力把手，手控拉力把手还与手控导轮轴固接，手控导轮轴经穿透“T”形面板有上下滑道的梯形槽又与手控导轮固接；所述脚踏杆两端还设置有左侧导轮右侧导轮；所述机框底杆两端还设置有左机轮右机轮；所述机框架左侧和机框架右侧的顶部还分别设置有左翼仰角拉簧限位动杆右翼仰角拉簧限位动杆，左翼仰角拉簧限位动杆右翼仰角拉簧限位动杆分别受左翼伞形限位操控板右翼伞形限位操控板的滑道控制；所述左翼仰角拉簧限位动杆右翼仰角拉簧限位动杆还与左翼仰角拉力弹簧右翼仰角拉力弹簧一端相固接，左翼仰角拉力弹簧右翼仰角拉力弹簧分别经与左翼仰俯拉索右翼仰俯拉索相连接，左翼仰俯拉索右翼仰俯拉索分别经左侧导轮右侧导轮完成对接成为一体；所述压力轴承座两侧还缠绕有左翼手动俯角拉索右翼手动俯角拉索，经缠绕手控导轮完成对接；所述左机翼轴的外端和左机轮的外端之间还连接有左悬索总缆，左悬索总缆与左机翼轴之间还连接有多个左悬垂拉索；所述右机翼轴的外端和右机轮的外端之间还连接有右悬索总缆，右悬索总缆与右机翼轴之间还连接有多个右悬垂拉索。由此构成人力扑翼机的一套完整机构。基于以上机构设置，该人力扑翼机还包括悬链线理论在抗弯翼梁应用技术方面的设计方案。其理论应用实质，与现代悬索桥结构对悬链线原理的应用原理基本相同，只是桥面所受载荷压力向下，每段垂直悬索拉力均等，桥梁弯曲应力基本为零；而所述全动左机翼、全动右机翼受力（升力）向上，每段垂直悬索所受拉力均等，左机翼轴与右机翼轴的弯曲应力基本为零；将左右机翼上下倒置来看，其结构受力情形与悬索桥桥梁受力完全一样。所述悬链线理论在抗弯翼梁方面的应用优点，一是满足增加机翼强度和减轻设计重量的基本要求；二是满足仰俯扑翼时，左右机翼轴有一定旋转的设计要求；三是简化机翼横滚机构设计，在保证左右机翼强度基础上，左右机翼还可仰俯角差动，共同完成机身横滚以及叠加仰俯扑动复杂运动的设计要求。抗弯机翼受力分析如下：人力扑翼机在飞翔的任何时段，全动左机翼、全动右机翼底面受到向上的升力或浮力都水平均匀分布作用在左机翼轴、右机翼轴上，且左机翼轴与右机翼轴主要承载的是轴向压力，径向弯曲的力矩基本为零，所有升力或浮力的着力点均集中到机身框架侧杆机框架左侧机框架右侧上，整个受力结构分析类似于悬索桥受力结构。以上所述结构特征同时满足了机翼轴抗弯、左右机翼轴同向旋转适应仰俯角周期变化需求、左右机翼仰俯差动做轻微横滚这三个方面的设计要求。所述扑翼动力源，具体机构由人体手脚并用，产生踩踏力和手臂拉力。踩踏力在脚踏杆上经左翼仰俯拉索和右翼仰俯拉索分别传递给左机翼轴右机翼轴，左翼仰角拉力弹簧右翼仰角拉力弹簧被动拉伸；手臂力量经手控拉力把手手控导轮轴手控导轮再分别传递给左翼手动俯角拉索右翼手动俯角拉索，迫使左机翼轴右机翼轴向下扑动俯角扭转。由于人体力量作用，机身在俯冲时，在机翼失去势能转换为人体载荷获得高度势能增量的同时，机翼还获得了水平速度上的增量。机翼和人体在总的动能和势能方面获得一定增量，这样形成了扑翼动力源，并保持了可持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机，为彻底解决人力扑翼机结构复杂、动力不足、扑翼仰俯动作机理不清和没有创新技术的问题，本扑翼机综合采用了5个方面的技术设计，其特征在于，左右机翼轴应用悬链线理论具有笔直抗弯可旋转一定仰俯角的特性、左右机翼通过载人操控机构由人体做功用大于或小于人体重量（即质量载荷G）的动力（即总拉力F）才能操控机翼轴进行俯角或仰角扑动、人体做功通过仰俯角扑动可转化为扑翼机的速度增量或势能增量即人力扑翼机动力源、扑翼机可同时叠加左右机翼仰俯角差动的机身横滚动作、扑翼机飞行时可叠加飞行轨迹即机身仰俯角操控动作，这5个方面的综合应用，即有机配合，以单独操控，他们共同构成了一个功能齐全、结构优化、质量轻巧、操作灵活、起降方便的人力扑翼机。

【技术特征摘要】
1.一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机，为彻底解决人力扑翼机结构复杂、动力不足、扑翼仰俯动作机理不清和没有创新技术的问题，本扑翼机综合采用了5个方面的技术设计，其特征在于，左右机翼轴应用悬链线理论具有笔直抗弯可旋转一定仰俯角的特性、左右机翼通过载人操控机构由人体做功用大于或小于人体重量（即质量载荷G）的动力（即总拉力F）才能操控机翼轴进行俯角或仰角扑动、人体做功通过仰俯角扑动可转化为扑翼机的速度增量或势能增量即人力扑翼机动力源、扑翼机可同时叠加左右机翼仰俯角差动的机身横滚动作、扑翼机飞行时可叠加飞行轨迹即机身仰俯角操控动作，这5个方面的综合应用，即有机配合，以单独操控，他们共同构成了一个功能齐全、结构优化、质量轻巧、操作灵活、起降方便的人力扑翼机。2.根据权利1所述的一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机，其特征在于，所述综合采用了5个方面的技术设计应用体现在以下机构设置上，该人力扑翼机包括全动左机翼1和全动右机翼(2)以及对应的左机翼轴(13)和右机翼轴(14)之间相对接的左机翼轴总装管(29)和右机翼轴总装管(30)，全动左机翼(1)和全动右机翼(2)两端还分别固接有左翼梢(3)、右翼梢(4)；所述左机翼轴总装管(29)和右机翼轴总装管(30)的中间还设置有压力轴承座(31)，此三部分共同设置并固接于机框上横杆(42)之上；所述机框上横杆(42)的两端还设置有机框架左侧(5)和机框架右侧(6)，并在底端与机框底杆(41)相固接；所述有机框架左侧(5)和机框架右侧(6)的上部还固接有手轮中心轴(37)，下部两端还套接了可以上下滑动的脚踏杆(40)；所述手轮中心轴(37)上还套接有手轮轴管(38)，手轮轴管(38)最外端还固接有左翼伞形限位操控板(23)右翼伞形限位操控板(24)，手轮轴管(38)中部左右还固接了左侧手轮(25)右侧手轮(26)，在手轮轴管(38)的中间还套接有轴管外套管(39)，在轴管外套管(39)的中间还与“T”形底板(32)的两端固接，“T”形底板(32)的另一端在机框上横杆(42)的中间固接，在“T”形底板(32)的三点上，还对应固接有“T”形面板(33)，所形成的夹层中设置了手控拉力把手(35)，手控拉力把手(35)还与手控导轮轴(34)固接，手控导轮轴(34)经穿透“T”形面板(33)有上下滑道的梯形槽又与手控导轮(36)固接；所述脚踏杆(40)两端还设置有左侧导轮(27)右侧导轮(28)；所述机框底杆(41)两端还设置有左机轮(11)右机轮(12)；所述机框架左侧(5)和机框架右侧(6)的顶部还分别设置有左翼仰角拉簧限位动杆(21)右翼仰角拉簧限位动杆(22)，左翼仰角拉簧限位动杆(21)右翼仰角拉簧限位动杆(22)分别受左翼伞形限位操控板(23)右翼伞形限位操控板(24)的滑道控制；所述左翼仰角拉簧限位动杆(21)右翼仰角拉簧限位动杆(22)还与左翼仰角拉力弹簧(19)右翼仰角拉力弹簧(20)一端相固接，左翼仰角拉力弹簧(19)右翼仰角拉力弹簧(20)分别经与左翼仰俯拉索(15)右翼仰俯拉索(16)相连接，左翼仰俯拉索(15)右翼仰俯拉索(16)分别经左侧导轮(27)右侧导轮(28)完成对接成为一体；所述压力轴承座(31)两侧还缠绕有左翼手动俯角拉索(17)右翼手动俯角拉索(18)，经缠绕手控导轮(36)完成对接；所述左机翼轴(13)的外端和左机轮(11)的外端之间还连接有左悬索总缆(7)，左悬索总缆(7)与左机翼轴(13)之间还连接有多个左悬垂拉索(9)；所述右机翼轴(14)的外端和右机轮(12)的外端之间还连接有右悬索总缆(8)，右悬索总缆(8)与右机翼轴(14)之间还连接有多个右悬垂拉索(10)，由此构成人力扑翼机的一套完整机构。3.根据权利1所述的一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机，其特征在于，所述的左右机翼轴应用悬链线理论具有笔直抗弯可旋转一定仰俯角的特性是指，其理论应用实质，与现代悬索桥结构对悬链线原理的应用原理基本相同，只是桥面所受载荷压力向下，每段垂直悬索拉力均等，桥梁弯曲应力基本为零；而所述全动左机翼(1)、全动右机翼(2)受力（升力）向上，每段垂直悬索所受拉力均等，左机翼轴(13)与右机翼轴(14)的弯曲应力基本为零；将左右机翼上下倒置来看，其结构受力情形与悬索桥桥梁受力完全一样；所述悬链线理论在抗弯翼梁方面的应用优点，一是满足增加机翼强度和减轻设计重量的基本要求；二是满足仰俯扑翼时，左右机翼轴有一定旋转的设计要求；三是简化机翼横滚机构设计，在保证左右机翼强度基础上，左右机翼还可仰俯角差动，共同完成机身横滚以及叠加仰俯扑动复杂运动的设计要求。4.根据权利1所述的一种左右机翼可控仰俯角的扑翼机构及人力扑翼机，其特征在于，所述的左右机翼通过载人操控机构由人体做功用大于或小于人体重量（即质量载荷G）的动力（即总拉力F）才能操控机翼轴进行俯角或仰角扑动，阐述如下：通过人力（包括手脚共同用力）起、蹲，对脚踏杆机构进行踩踏周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：成东明，
申请(专利权)人：成东明，
类型：发明
国别省市：新疆,65