自活动襟翼的扑翼获能装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自活动襟翼的扑翼获能装置，包括能量采集部件、扑翼、主轴，两个所述扑翼通过主轴连接形成一整体，两个所述扑翼上的主轴置于带能量采集部件中间，两个所述扑翼可绕主轴旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，所述能量采集部件通过主轴的运动来获取扑翼传递的能量。本发明专利技术将格林（Gurney）襟翼应用于扑翼获能装置，根据浮力原理，通过在扑翼的翼型尾缘设计随升沉运动方向不同而自动切换方向的格林（Gurney）襟翼，等效于增加了翼型的弯度，从而增加了翼型的升力系数，提高了扑翼的获能效率。该装置结构简单，利用浮力原理，自动实现襟翼在翼型表面随着升沉运动的方向切换。

Flapping wing energy capture device with movable flaps

The invention relates to a self movable flap wing capacitation device, including energy collecting unit, a flapping wing, two spindle, the spindle connection through the flapping wing to form a whole, two of the spindle in the flapping belt on the energy acquisition part, two of the flapping wing can rotate around the main shaft, and along the whole the vertical direction of heave motion, the energy collecting parts through the movement of the spindle for flapping wing transmission energy. The invention of Green (Gurney) is applied to the device by flapping wing flap, according to the principle of buoyancy, the design of airfoil trailing edge flapping wing with heave motion in different directions and automatically switch the direction of Green (Gurney) flap, equivalent to the increase of the airfoil camber, and the lift coefficient of airfoil increases, increased by efficiency of flapping wing. The structure of the device is simple, and the flap is automatically switched on the surface of the airfoil in the direction of heave motion by using the buoyancy principle.

【技术实现步骤摘要】
自活动襟翼的扑翼获能装置
本专利技术涉及一种扑翼获能装置，尤其是一种采用格林（Gurney）襟翼的扑翼获能装置。
技术介绍
在科学和工程领域，人类经常会从自然界中获得设计灵感。人类仿照鸟类、鱼类和水生动物的扑翼推进运动方式，成功设计了一些微型仿生飞行器。受鸟类群飞、鱼类群游和逆流运动的启发，人类发现扑翼除了可以用于推进，提高机动性外，还可以从涡、自由表面波或者自由来流中获得能量。扑翼是一种模拟鸟类、鱼类和水生动物等的推进或获能的机构。如图1所示，现有的利用柔性翼型的扑翼获能装置，扑翼2运动受力分析，如图2所示，其中a为推进模式，b为获能模式。对于获能模式，如果只考虑准定常过程，则作用于翼型上的合力在竖直方向的分量L必须与升沉运动速度Vy方向相同。扑翼获能可简化为如图3所示的升沉和俯仰运动的叠加。研究表明，扑翼获能主要贡献来自于升沉运动做功（图4所示）。因此，如果能在扑翼运动过程中，提高升力，则可提高扑翼获能效率。格林襟翼（Gurneyflap）是一种1%~5%的弦长高度的平板，它一般沿翼型下表面垂直置于近机翼尾缘或靠近尾缘的地方。大量的研究和实践表明，这种翼型可以提高机翼的升力和气动特性。由于它最初由赛车手丹•格林用在赛车上而被称为格林襟翼。现有的技术的缺点：现有的扑翼获能装置基本上都选用不同naca系列的对称刚性翼型、优化扑翼的运动参数、翼型局部变形等方式来提高扑翼装置的获能效率。结构复杂，制造成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种通过增加翼型升力来提高扑翼获能效率的自活动襟翼的扑翼获能装置，该装置结构简单，利用浮力原理，自动实现襟翼在翼型表面随着升沉运动的方向切换。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种自活动襟翼的扑翼获能装置，包括能量采集部件、扑翼、主轴，两个所述扑翼通过主轴连接形成一整体，两个所述扑翼上的主轴置于带能量采集部件中间，两个所述扑翼可绕主轴旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，所述能量采集部件通过主轴的运动来获取扑翼传递的能量。所述扑翼的近尾缘内部开有一个矩形槽，矩形槽中装有带浮子的活动襟翼，且活动襟翼的浮体处于矩形槽内的水中，且浮体在扑翼的翼型弦线方向相对于矩形槽，偏向扑翼的翼型前缘一侧放置；当扑翼的翼型处于水平状态时，活动襟翼的浮体处于扑翼的翼型中弧线位置，使得活动襟翼正好藏于扑翼的的翼型内部；所述活动襟翼由空心圆柱和两侧襟翼组成，两侧襟翼为矩形薄片板，其高度为扑翼的翼型弦长的1%-5%，两侧襟翼与中间的空心圆柱沿过圆心平面对称安置。当扑翼的翼型初始位置为从最高点向下运动时，所述扑翼的翼型绕自身的主轴逆时针旋转运动，即扑翼尾部位于主轴的上方，此时，偏向前缘一侧放置的浮体的液位上升，从而带动活动襟翼从垂直于扑翼的翼型的上表面伸出，增加扑翼的翼型的弯度，提高竖直向下方向的扑翼的翼型升力，这与运动速度方向一致，从而增加扑翼获能装置的获能效率。当扑翼的翼型从下方水平位置向上运动时，所述扑翼的翼型同时绕自身的主轴顺时针方向的旋转运动，即扑翼的翼型的尾部位于主轴的下方，此时，偏向前缘一侧放置的浮体的液位下降，从而带动活动襟翼从垂直于扑翼的翼型下表面伸出，增加扑翼的翼型的弯度，提高竖直向上方向的扑翼的翼型升力，与运动速度方向一致，从而增加扑翼获能装置的获能效率。本专利技术的有益效果是：将格林（Gurney）襟翼应用于扑翼获取装置，根据浮力原理，通过在扑翼的翼型尾缘设计随升沉运动方向不同而自动切换方向的格林（Gurney）襟翼，等效于增加了翼型的弯度，从而增加了翼型的升力系数，提高了扑翼的获能效率。该装置结构简单，利用浮力原理，自动实现襟翼在翼型表面随着升沉运动的方向切换。附图说明图1为现有的利用柔性翼型的扑翼获能装置示意图；图2为扑翼运动受力分析图；图3为扑翼运动示意图；图4为扑翼升沉运动速度和升沉力的变化图；图5为本专利技术的自活动襟翼的扑翼获能装置结构示意图；图6为尾缘主体活动襟翼从最高点水平位置向下运动过程局部放大图；图7为尾缘主体活动襟翼从下方水平位置向上运动过程局部放大图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术所涉及的实施做具体阐述。如图5所示，本专利技术的自活动襟翼的扑翼获能装置，主要由能量采集部件1、扑翼2、主轴3和带浮子的活动襟翼4组成。两个扑翼2通过主轴3连接形成一整体，两个扑翼2上的主轴3置于带能量采集部件1中间，两个扑翼2可绕主轴3旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，能量采集部件1通过主轴3的运动来获取扑翼2传递的能量。在水流或风力场中，流体对扑翼2产生力的作用，扑翼获能装置在一定的约束条件下，扑翼获能装置会周期性发生绕中心轴的旋转和整体沿竖直方向升沉运动。本专利技术的中间的能量采集部件1仍采用现有的技术通过主轴3的运动来获取扑翼收集的能量。如图6，7所示，本专利技术的尾缘主体活动襟翼4部分，在扑翼2的近尾缘内部开一个矩形槽，其中装有适量的水，要求当扑翼2的翼型处于水平状态时，活动襟翼4的浮体处于扑翼2的翼型中弧线位置，使得活动襟翼4正好藏于扑翼2的翼型的内部。活动襟翼4的浮体结构需要在扑翼2的翼型弦线方向相对于矩形槽有一定的偏置，要求偏向扑翼2的翼型前缘一侧放置。在选择好弦长方向的放置位置后，约束好活动襟翼4和浮体在弦长方向运动自由度，保留垂直于弦长方向的运动自由度。活动襟翼4由三部分组成，中间部分为密度较小的空心圆柱，两侧襟翼部分为矩形薄片板，其高度为扑翼2的翼型弦长的1%-5%，与整个的空心圆柱沿过圆心平面对称安置。当扑翼2在上下升沉和绕自身轴旋转的复合运动下，如图6所示，若扑翼2的翼型初始位置为从最高点向下运动，扑翼2的翼型自身会有一个绕自身的主轴3的逆时针旋转运动，即扑翼2的翼型尾部位于旋转的主轴3的上方。此时，偏向前缘一侧放置的浮体的液位会上升，从而带动活动襟翼4会从垂直于扑翼2的翼型表面上表面伸出，这就会等价于增加扑翼2的翼型的弯度，提高竖直向下方向的扑翼2的翼型升力，这与运动速度方向一致，从而增加扑翼获能装置的获能效率。当扑翼2的翼型运动到最下方时，扑翼2的翼型又恢复到水平状态，此时从上表面伸出的襟翼又会恢复收缩藏于扑翼2的翼型内部。相反，当扑翼2的翼型从下方水平位置向上运动时，如图7所示，扑翼2的翼型会同时绕自身的主轴3有一个顺时针方向的旋转运动，即扑翼2的翼型的尾部位于旋转的主轴3的下方。此时，偏向前缘一侧放置的浮体的液位会下降，从而带动活动襟翼4会从垂直于扑翼2的翼型表面下表面伸出，这就同样会等价于增加扑翼2的翼型的弯度，提高竖直向上方向的扑翼2的翼型升力，这与运动速度方向一致，从而增加扑翼获能装置的获能效率。如此循环周期运动，新设计的偏置浮体活动襟翼能自动根据运动规律从翼型的上或下表面周期伸出或收缩，从而最大化地提高扑翼获能装置的获能效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自活动襟翼的扑翼获能装置，包括能量采集部件(1)、扑翼(2)、主轴(3)，其特征在于：两个所述扑翼(2)通过主轴(3)连接形成一整体，两个所述扑翼(2)上的主轴(3)置于带能量采集部件(1)中间，两个所述扑翼(2)可绕主轴(3)旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，所述能量采集部件(1)通过主轴(3)的运动来获取扑翼(2)传递的能量。

【技术特征摘要】
1.一种自活动襟翼的扑翼获能装置，包括能量采集部件(1)、扑翼(2)、主轴(3)，其特征在于：两个所述扑翼(2)通过主轴(3)连接形成一整体，两个所述扑翼(2)上的主轴(3)置于带能量采集部件(1)中间，两个所述扑翼(2)可绕主轴(3)旋转，以及整体可沿竖直方向升沉运动，所述能量采集部件(1)通过主轴(3)的运动来获取扑翼(2)传递的能量。2.根据权利要求1所述的自活动襟翼的扑翼获能装置，其特征在于：所述扑翼(2)的近尾缘内部开有一个矩形槽，矩形槽中装有带浮子的活动襟翼(4)，且活动襟翼(4)的浮体处于矩形槽内的水中，且浮体在扑翼(2)的翼型弦线方向相对于矩形槽，偏向扑翼(2)的翼型前缘一侧放置；当扑翼(2)的翼型处于水平状态时，活动襟翼(4)的浮体处于扑翼(2)的翼型中弧线位置，使得活动襟翼(4)正好藏于扑翼(2)的翼型内部。3.根据权利要求2所述的自活动襟翼的扑翼获能装置，其特征在于：所述活动襟翼(4)由空心圆柱和两侧襟翼组成，两侧襟翼为矩形薄片板，其高度为扑翼(2)的翼型弦长的1%-5%，两侧襟...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兵，黄恽，何义，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31