一种扑翼机的制作方法

1.本发明涉及一种飞行机构，特别是一种扑翼机。

背景技术：

2.自古以来人类都梦想可以像鸟儿一样在天空自由飞翔，为此人类文明进步的过程出现了多种可载人飞翔的工具，主要包括固定翼飞机（如大型客机）、旋翼飞机（直升机）。飞行速度快的特点使得飞机很快成为人类的主要出行工具之一。可人类的飞行工具很难像鸟儿一样低能耗且灵活。
3.为了更好的模仿鸟儿的飞行技巧，人类通过仿生学设计原理制造了扑翼机，也像鸟儿一样只通过翅膀来获得升力和动力。但是其总体水平还停留在玩具阶段，尚不能靠人类的自身力量来获得长距离飞行。
4.虽然人类具备各种各样的载人飞行工具，可飞行器昂贵的价格、高耗能的飞行、高要求的场地及其复杂的机械化的操作，使人类的飞行活动依旧停留在奢侈消费上。少数滑翔伞及滑翔翼，几乎都是自由落体式的只能从高到低，对环境要求太过苛刻。人类的空中交通工具似乎并不具备“自行车”那种灵活、轻巧、成本低廉、介入感强且可由人力驱动的特性。因此人类迫切需要一款低价格、低能耗、小巧方便的甚至可由人力驱动的扑翼机，来填补空中交通工具的“自行车”空白。

技术实现要素：

5.本发明提供一种扑翼机，以解决现有扑翼机价格高、能耗高、体积大、无法持续高效飞行的技术问题。本发明采用以下技术方案：一种扑翼机，包括架体、扑翼机构、尾翼、驱动机构、传动机构；所述扑翼机构包括相对于架体对称设置的成对扑翼；所述扑翼与架体转动连接；所述尾翼设置在架体尾部并与架体转动连接；所述驱动机构设置在架体内，并为扑翼机构提供驱动、供所述扑翼扑扇；所述传动机构用于连接驱动机构和扑翼机构并完成传动；所述扑翼设置为一对、两对或多对。
6.优选地，每个所述扑翼包括第一加强杆和第二加强杆，所述第一加强杆和第二加强杆之间设置多个流线保持架构，所述流线保持架构两头分别穿设于第一加强杆和第二加强杆上；相邻的流线保持架构之间设置扑翼壳体。
7.优选地，所述第一加强杆和第二加强杆贯穿所述流线保持架构并与流线保持架构转动连接，所述流线保持架构在第一加强杆或/和第二加强杆长度方向限位；所述相邻的流线保持架构和其顶面、底面固定的扑翼壳体围成扑翼片段。
8.优选地，所述传动机构包括一对对称设置在架体两侧的连接部及摆杆支架，所述摆杆支架顶部与架体转动连接、底部与连接部固定，一对所述连接部之间通过第二弹性机构连接，所述连接部外侧分别设置第二拉杆、第一拉杆连接下扑翼的前部和后部；
所述传动机构还包括拉绳支架，拉绳支架包括三端，其第一端与摆杆支架之间设置转动方向的第一弹性机构，第二端与所述第二拉杆底部铰接；所述传动机构还包括驱动推杆，所述驱动推杆包括第一部和第二部，所述驱动推杆的第一部顶部铰接在架体顶部、底部固定在其第二部的中心，所述驱动推杆的第二部两端均分别通过第一拉绳绕过该侧连接部上的滑轮牵引至对侧拉绳支架的第三端、通过第二拉绳绕过架体尾部滑轮后再绕过架体前部滑轮牵引至第二加强杆。
9.优选地，所述第一拉杆顶部与第一加强杆铰接，所述第二拉杆顶部与第二加强杆铰接。
10.优选地，所述第二弹性机构为拉簧，固定在一对所述连接部内侧，且一对所述摆杆支架的末端之间设置保险绳连接。
11.优选地，摆杆支架与架体之间设置转动方向的第三弹性机构。
12.优选地，所述驱动机构为人、电力驱动机构或化学燃料驱动机构。
13.优选地，当所述扑翼设置为两对或多对时，各对扑翼的方位为上下设置、同侧扑翼之间通过同步连杆连接；所述同步连杆两头分别铰接于其上方扑翼底部和下方扑翼顶部。
14.优选地，当所述扑翼设置为两对或多对时,各对扑翼的方位为水平布置。
15.本发明具有如下技术效果：本发明通过传动机构可将所述驱动机构施加的力与位移转换成所述扑翼机构的上下拍打及扭转动作，利用传动机构中的弹性机构提供了保持扑翼平衡的力，驱动机构只负责提供向下拍打扑翼时新增的力即可，而且扑打过程中扑翼机构末端扭转正好适应了飞行的需要，并可以让驱动人上臂与下肢同时发力，高效的模仿了鸟类拍打扑翼的飞行动作，实现了扑翼机特别是可由人力驱动的扑翼机持续高效的飞行。
附图说明
16.图1为本发明一种扑翼机的平衡状态下立体结构示意图；图2为图1中a区放大图；图3为本发明一种扑翼机的扑翼机构的结构示意图；图4为本发明一种扑翼机的扑翼片段的结构示意图；图5为本发明一种扑翼机的传动机构的局部图；图6为本发明一种扑翼机的平衡状态下另一角度立体结构示意图；图7为图6中b区放大图；图8为本发明一种扑翼机传动机构示意图；图9为本发明一种扑翼机开始拍打扑翼机构时的正视图；图10为图9中c区局部放大图；图11为本发明一种扑翼机开始拍打扑翼机构时的侧视图；图12为本发明一种扑翼机扑翼机构根部相对风速v与升力f的分析示意图；图13为本发明一种扑翼机扑翼机构末端相对风速v与升力f的分析示意图；图14为本发明一种扑翼机拍打扑翼机构至极限位置时的正视图；图15为图14中d区放大图；图16为本发明一种扑翼机拍打扑翼机构至极限位置时的侧视图；
图17为本发明一种扑翼机开始恢复平衡状态时正视图；图18为图17中e区放大图；图19为本发明一种扑翼机开始恢复平衡状态时侧视图；图20为本发明一种扑翼机第三弹性机构位置示意图；图21为本发明一种扑翼机尾翼及其相关机构位置示意图。
17.附图标号说明
具体实施方式
18.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的一部分实施例，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作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。
19.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
20.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范
围之内。
21.本发明中设定扑翼时先迎风的一侧为前，后迎风的一侧为后。
22.参见图1-21，本发明提供的一种扑翼机，包括架体1、扑翼机构2、尾翼3、驱动机构4、传动机构5；所述扑翼机构2包括相对于架体1对称设置的成对扑翼；所述扑翼与架体1转动连接；所述尾翼3设置在架体1尾部并与架体1转动连接；所述驱动机构4设置在架体1内，并为扑翼机构2提供驱动、供所述扑翼扑扇；所述传动机构5用于连接驱动机构4和扑翼机构2并完成传动；所述扑翼设置为一对、两对或多对。
23.进一步地，每个所述扑翼包括第一加强杆24和第二加强杆25，所述第一加强杆24和第二加强杆25之间设置多个流线保持架构22，所述流线保持架构22两头分别穿设于第一加强杆24和第二加强杆25上；相邻的流线保持架构22之间设置扑翼壳体。
24.进一步地，所述第一加强杆24和第二加强杆25贯穿所述流线保持架构22并与流线保持架构22转动连接，所述流线保持架构22在第一加强杆24或/和第二加强杆25长度方向限位；所述相邻的流线保持架构22和其顶面、底面固定的扑翼壳体围成扑翼片段21。
25.作为本发明的一种实施方式，流线保持架构22穿设在第一加强杆24或/和第二加强杆25，第一加强杆24或/和第二加强杆25上设置限位结构对流线保持架构22进行限位，阻止其在第一加强杆24或/和第二加强杆25长度方向滑动。
26.作为本发明的一种实施方式，流线保持架构22穿设在第一加强杆24或/和第二加强杆25，所述扑翼壳体与流线保持架构22固定，限制其在第一加强杆24或/和第二加强杆25长度方向的滑动。
27.进一步地，所述传动机构5包括一对对称设置在架体1两侧的连接部及摆杆支架51，所述摆杆支架51顶部与架体1转动连接、底部与连接部固定，一对所述连接部之间通过第二弹性机构56连接，所述连接部外侧分别设置第二拉杆55、第一拉杆52连接下扑翼的前部和后部；所述传动机构5还包括拉绳支架54，拉绳支架54包括三端，其第一端与摆杆支架51之间设置转动方向的第一弹性机构541，第二端与所述第二拉杆55底部铰接；还包括驱动推杆58，所述驱动推杆58包括第一部和第二部，所述驱动推杆58的第一部顶部铰接在架体1顶部、底部固定在其第二部的中心，所述驱动推杆58的第二部两端均分别通过第一拉绳581绕过滑轮53牵引至对侧拉绳支架54的第三端、通过第二拉绳582绕过架体1尾部滑轮后再绕过架体1前部滑轮牵引至第二加强杆25；进一步地，所述第一拉杆52顶部与第一加强杆24铰接，所述第二拉杆55顶部与第二加强杆25铰接。
28.进一步地，所述第二弹性机构56为拉簧，固定在一对所述连接部内侧，且一对所述摆杆支架51的末端之间设置保险绳561连接。作为一种具体实施方式，所述保险绳561两头固定在一对所述摆杆支架51的末端。
29.进一步地，摆杆支架51与架体1之间设置转动方向的第三弹性机构57。
30.进一步地，所述驱动机构4为人、电力驱动机构或化学燃料驱动机构。
31.进一步地，当所述扑翼设置为两对或多对时，各对扑翼的方位为上下设置、同侧扑
翼之间通过同步连杆23连接；所述同步连杆23两头分别铰接于其上方扑翼底部和下方扑翼顶部。
32.进一步地，当所述扑翼设置为两对或多对时,各对扑翼的方位为水平布置。
33.实施例一当本扑翼机的驱动为人力驱动，即所述驱动机构4为人时，本发明一种实施例的工作原理为：人体固定于架体1，弯腰助跑，当速度达到或超越最低飞行速度时，扑翼机构2的产生的升力与扑翼机及驱动人重力相等，扑翼机构2的升力通过第一拉杆52和第二拉杆55转换成摆杆支架51之间对第二弹性机构56的拉力，第二弹性机构56被拉伸到一定长度并彼此平衡，此时为扑翼机的平衡状态，各部件位置如图1、图2、图6所示；扑翼机构2包含的机构及连接方式如图3、图4所示；传动机构5包含的机构如图5、图7、图8所示；第二弹性机构56可选用拉簧。
34.达到平衡状态后，驱动人的脚与地面压力几乎为零，此时略微抬高躯干仰角，即抬高扑翼机仰角，扑翼机构2提供的升力即可带动驱动人短时间离开地面。在这短时间期内，马上将双脚放置在驱动推杆58第二部上并用力推蹬，上臂也可以同时辅助掰动摆杆支架51向中间靠拢，驱动推杆58向后摆动的过程中，通过第一拉绳581绕过滑轮53直接作用在另一侧的拉绳支架54上，即在摆杆支架51与对侧拉绳支架54之间产生一个拉力，最终通过第一拉杆52和第二拉杆55转换成扑翼机构2向下拍打的力。因为平衡状态时第二弹性机构56处于拉伸状态，提供的拉力已经保持了扑翼机构2的平衡，因此驱动人提供给驱动推杆58的推力只是转换成拍打扑翼机构2时额外增加的那部分力，所以拍打动作相对容易很多。拉绳支架54在被第一拉绳581拉扯时克服第一弹性机构541的弹力产生扭转，进而迫使第二拉杆55相对于第一拉杆52多移动动一段距离，进而导致第二加强杆25相对于第一加强杆24多扭转了一段角度，这便使得扑翼机构2远离架体1的末端处产生前沿向下的扭转。此时为开始拍打扑翼时的状态，各部件位置如图9、图10、图11所示。此处需要说明的是，第一加强杆24、第二加强杆25的刚性及其强度远超扑翼片段21，贯穿扑翼片段21又可相对其转动的特性使得扑翼机构2不易发生弯曲的同时却又很容易产生扭转。因为扑翼机构2产生升力大小一个重要因素就是与气流之间的相对角度，而本发明中扑翼机构2在拍打过程中越靠近末端的部分沿弧线向下运动的线速度越快，因此扑翼机构2越靠近末端部分的相对气流，在方向上也是逐渐的产生变化的，当越远处扭转角度越大，则扑翼的每一处均能产生最优的升力与对应的前倾角。假设v1为风速，v2为上下拍打线速度；v为相对风速，虚线为扑翼最佳升力的相对气流方向线，f为实际升力，扑翼机构2根部相对风速v与升力f分析如图12所示，末端则如图13所示，相对风速恰好能与最佳升力的相对气流方向线平行。
35.在拍打扑翼状态持续过程中，扑翼机构2一直提供大于等于重力的升力和向前运动分力，使得扑翼机连同驱动人向前并略带向上方加速运动，扑翼机构2拍打到极限状态时各部件位置如图14、图15、图16所示。
36.当驱动人不再向驱动推杆58提供推力时，扑翼机构2停止拍打动作，第一弹性机构541迫使拉绳支架54恢复原位，进而带动第二拉杆55推动第二加强杆25，驱使扑翼机构2恢复平直状态，此时为扑翼开始恢复状态，各部件位置如图17、图18、图19所示；而第二弹性机构56此时已处于低拉伸状态，弹力已经变小，因此第二弹性机构56给予扑翼机构2的拉力低于平衡状态的升力，而此时扑翼机的水平运动速度已提升，因此扑翼机构2会获得略大于重
力的升力，这便使得扑翼机构2 向上摆动，最终带动摆杆支架51向两侧运动，最终将第二弹性机构56再次拉伸至新的平衡状态。此时完成一次拍打扑翼机构2的全部动作。此时各部件位置如图1、图2、图6、图7所示，重复上述步骤可连续飞行。如果驱动人希望获得较快的拍打频率，可用脚勾拉驱动推杆58，进而拉动第二拉绳582绕过架体1拉动第二加强杆25，从而加快扑翼机构2向上摆动。
37.本发明的第三弹性机构57位于摆杆支架51与架体1之间，作用与第二弹性机构56作用等同，可辅助或代替第二弹性机构56为扑翼机构2提供平衡升力的扭力并吸收和释放能量，位置如图20所示。第三弹性机构57可选用扭簧，扭簧的两头分别止挡架体1和摆杆支架51，或固定于架体1和摆杆支架51上。
38.本发明的尾翼3位于架体的尾部，起着保持平衡的作用。
39.所述尾翼3与架体1尾部转动连接，且尾翼3与架体1之间设置尾翼恢复弹性装置32，尾翼传动机构31一端由驱动机构4控制、另一端连接尾翼3。
40.作为本发明的一种实施方式，尾翼传动机构31为闸线，尾翼恢复弹性装置32为拉簧。
41.当需要扑翼机转弯或在空中调整俯仰角时，驱动机构4根据实际其需求操控尾翼传动机构31，进而带动尾翼3产生扭转。调整结束后尾翼恢复弹性装置32可辅助尾翼3进行恢复。
42.在实际使用过程中，可将尾翼传动机构31固定在驱动人上臂附近的摆杆支架51上，包含闸线并通过闸线控制尾翼3转动。尾翼恢复弹性装置32位于尾翼3与架体1之间，可选用拉簧。各部件位置位置如图1、图21所示。此处需要说明的是，控制尾翼转动的方法十分普遍且不是本发明的创新点，因此不做过多具体描述。
43.本发明可由人驱动的扑翼机，第二弹性机构56工作负荷较大，一旦失效拉伸超过工作极限值则由保险绳561介入提供一个有效拉力，虽然不具备释放能量的作用但是也可替代驱动人保持平衡，从而降低驱动人的负担。
44.本发明创新点一在于传动机构5使用了第二弹性机构56，提供了保持扑翼机构2平衡的升力，使得驱动人只需要提供拍打扑翼机构2时新增的力即可，并在拍打扑翼机构2的过程中释放吸收能量，大大减缓的驱动人的工作强度。本发明创新点二在于传动机构5使用了巧妙的拉杆结构及第一弹性机构541，使得扑翼机构2向下摆动拍打时末端产生扭转，使扑翼机构2的每个部分都能产生正好合适的升力及升力方向，适应了飞行的需要。本发明创新点三在于利用拉绳拉杆的巧妙布置，实现四肢同时发力来为飞行提供动力，这便使得驱动人不存在上肢力量薄弱所带来的劣势。
45.实施例二当驱动机构4为电机或其他化石燃料驱动机构时，电机或其他化石燃料驱动机构定于架体1上，且其第一输出端作用于一对摆杆支架51，第二输出端作用于驱动推杆58的第二部。输出端的输出信号通过处理器处理分析后，由控制器控制，施加作用力的时机与人体驱动相同，因此不做赘述。
46.本实施例仅表明驱动机构可以为电机或其他化石燃料驱动机构披露的技术手段主要在于扑翼机的结构，具体如何设置其电路控制方案并非本发明的发明目的。
47.作为本发明可选的实施方式，两对或多对扑翼也可以水平布置。
48.以上所述实施例仅表达了本发明的最简单的实施方式，其描述较为具体和详细，支架机构及拉杆框架布局十分贴合受力结构。如果只是更改部分零件的形态却没有更改受力结构，或是对某些部件进行拆分或拼接，并不能超出本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种扑翼机，其特征在于，包括架体、扑翼机构、尾翼、驱动机构、传动机构；所述扑翼机构包括相对于架体对称设置的成对扑翼；所述扑翼与架体转动连接；所述尾翼设置在架体尾部并与架体转动连接；所述驱动机构设置在架体内，并为扑翼机构提供驱动、供所述扑翼扑扇；所述传动机构用于连接驱动机构和扑翼机构并完成传动；所述扑翼设置为一对、两对或多对。2.如权利要求1所述的一种扑翼机，其特征在于，每个所述扑翼包括第一加强杆和第二加强杆，所述第一加强杆和第二加强杆之间设置多个流线保持架构，所述流线保持架构穿设于第一加强杆和第二加强杆上；相邻的流线保持架构之间设置扑翼壳体。3.如权利要求2所述的一种扑翼机，其特征在于，所述第一加强杆和第二加强杆贯穿所述流线保持架构并与流线保持架构转动连接，所述流线保持架构在第一加强杆或/和第二加强杆长度方向限位；所述相邻的流线保持架构和其顶面、底面固定的扑翼壳体围成扑翼片段。4.如权利要求1所述的一种扑翼机，其特征在于，`所述传动机构包括一对对称设置在架体两侧的连接部及摆杆支架，所述摆杆支架顶部与架体转动连接底部与连接部固定，一对所述连接部之间通过第二弹性机构连接，所述连接部外侧分别设置第二拉杆、第一拉杆连接下扑翼的前部和后部；所述传动机构还包括拉绳支架，拉绳支架包括三端，其第一端与摆杆支架之间设置转动方向的第一弹性机构，第二端与所述第二拉杆底部铰接；所述传动机构还包括驱动推杆，所述驱动推杆包括第一部和第二部，所述驱动推杆的第一部顶部铰接在架体顶部、底部固定在其第二部的中心，所述驱动推杆的第二部两端均分别通过第一拉绳绕过该侧连接部上的滑轮牵引至对侧拉绳支架的第三端、通过第二拉绳绕过架体尾部滑轮后再绕过架体前部滑轮牵引至第二加强杆。5.如权利要求4所述的一种扑翼机，其特征在于，所述第一拉杆顶部与第一加强杆铰接，所述第二拉杆顶部与第二加强杆铰接。6.如权利要求4所述的一种扑翼机，其特征在于，所述第二弹性机构为拉簧，固定在一对所述连接部内侧，且一对所述摆杆支架的末端之间设置保险绳连接。7.如权利要求4所述的一种扑翼机，其特征在于，摆杆支架与架体之间设置转动方向的第三弹性机构。8.如权利要求1所述的一种扑翼机，其特征在于，所述驱动机构为人、电力驱动机构或化学燃料驱动机构。9.如权利要求1所述的一种扑翼机，其特征在于，当所述扑翼设置为两对或多对时，各对扑翼的方位为上下设置、同侧扑翼之间通过同步连杆连接；所述同步连杆两头分别铰接于其上方扑翼底部和下方扑翼顶部。10.如权利要求1所述的一种扑翼机，其特征在于，当所述扑翼设置为两对或多对时,各对扑翼的方位为水平布置。

技术总结

本发明提供一种扑翼机，包括架体、扑翼机构、尾翼、驱动机构、传动机构；所述扑翼机构包括相对于架体对称设置的成对扑翼；所述扑翼与架体转动连接；所述尾翼设置在架体尾部并与架体转动连接；所述驱动机构设置在架体内，并为扑翼机构提供驱动、供所述扑翼扑扇；所述传动机构用于连接驱动机构和扑翼机构并完成传动；所述扑翼设置为一对、两对或多对。本发明高效地模仿了鸟类拍打扑翼的飞行动作，实现了扑翼机持续高效的飞行。机持续高效的飞行。机持续高效的飞行。