Механизм машущего крыла

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов с машущими движениями крыльев. Механизм машущего крыла содержит корпус (1), шарнирно соединенный с крыльями (4), силовую установку и привод машущих крыльев. Силовая установка выполнена в виде мотор-редукторов (5, 6), шестерен (7) и зубчатых колес (8). При этом привод машущих крыльев содержит ведущие (2) и ведомые (3) кривошипы, которые расположены симметрично относительно корпуса (1). Крылья (4) соединены с корпусом (1) шарнирно через ведомые кривошипы (3), а ведущие кривошипы (2) с одной стороны соединены шарнирно с крыльями (4), с другой стороны жестко соединены с валами (9) ведущих кривошипов (2), на которые установлены зубчатые колеса (8), входящие в зацепление с шестернями (7), посаженными на валы мотор-редукторов (5, 6). Обеспечивается повышение эффективности механизма машущего крыла. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам с машущими движениями крыльев, и может быть использовано при конструировании летательных аппаратов, к устройствам, в том числе дистанционно управляемым, разведывательного значения.

Известно техническое решение «Привод машущих крыльев модели летательного аппарата, патент RU №157031, МПК В64С 33/02, А63Н 27/28, опубл. 20.11.2015, состоящий из корпуса, к которому шарнирно прикреплены четыре машущих крыла (два попарно соединенных и движущихся в противофазе) и хвостовой стабилизатор. На корпусе неподвижно установлен привод, включающий в себя мотор-редуктор, кинематически связанный через цилиндрическую зубчатую передачу с кривошипно-шатунными механизмами (с противоположно ориентированными кривошипами), шатуны которых шарнирно соединены с двумя попарно-соединенными и движущимися в противофазе крыльями. Мотор-редуктор, включающий в себя электродвигатель и редуктор, электрически связан с системой управления и источником энергии, установленными на корпусе.

Недостатком этого устройства является использование в качестве базового механизма примитивного плоского механизма, и в качестве рабочего органа движения крыла использовано звено, совершающее возвратно-вращательное движение, в свою очередь, ограничивая возможность управления полетом, тем самым ухудшая динамику полета и снижая эффективность в целом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и взятому в качестве прототипа является «Летательный аппарат с использованием машущих крыльев (стрекоза)», патент RU на изобретение №2375253, МПК В64С 33/02, А63Н 27/28, опубл. 10.12.2009, Бюл. №34, содержащий корпус, в котором размещены двигатель с редуктором и двумя кривошипно-шатунными механизмами. Указанные механизмы приводят в колебательное движение два силовых вала, которые посредством цепных передач обеспечивают машущие движения четырех симметричных крыльев. Крылья снабжены механизмом вращения крыла вокруг продольной оси. Механизм вращения расположен в корне крыла на центральном лонжероне, который установлен в вилке и вращается в ней в процессе колебательных движений крыла при помощи двух храповых механизмов. Каждый храповой механизм состоит из двух дисков, один из которых закреплен на лонжероне крыла, а другой диск, с собачкой, выполнен в виде шкива. Механизм имеет рычаг управления.

Недостаток данного летательного аппарата заключается в сложной конструкции привода механизмов машущих крыльев, поскольку привод состоит из большего количества различных механизмов, а именно:

- несколько цепных передач, которые имеют недостатки: большой вес, очень шумная работа, ограниченная частота вращения, что снижает функциональные возможности устройства;

- храповые механизмы, имеющие недостатки шума, вибрации, большего износа, плохой точности, что снижает надежность устройства.

Кроме того, устройство обеспечивает простое движение взмахов вверх и вниз крыльев, скачкообразно, приводящие при взмахе вверх к увеличению площади сопротивления движения, что приводит к ухудшению аэродинамики и управления, снижая эффективность в целом.

Решаемой технической задачей изобретения является повышение эффективности механизма машущего крыла за счет повышения надежности механизма путем упрощения конструкции, с одновременным расширением функциональных возможностей машущего крыла.

Технический результат достигается тем, что в механизме машущего крыла, содержащем корпус, шарнирно соединенный с крыльями, силовую установку и привод машущих крыльев, согласно которому силовая установка выполнена в виде мотор-редукторов, шестерен и зубчатых колес, при этом привод машущих крыльев содержит ведущие и ведомые кривошипы, которые расположены симметрично относительно корпуса, причем крылья соединены с корпусом шарнирно через ведомые кривошипы, а ведущие кривошипы с одной стороны, соединены шарнирно с крыльями, с другой стороны, жестко соединены с валами ведущих кривошипов, на которые установлены зубчатые колеса, входящие в зацепление с шестернями, посаженными на валы мотор-редукторов.

Новым является:

Новизной является механизм машущего крыла, состоящий из крыла, соединенного шарнирно со звеньями, ведущим и ведомым кривошипами, совершающего пространственное движение, имитирующее движение крыла птицы во время полета, образуя траекторию движения по эллипсу.

Структурные параметры этих звеньев представлены на фигуре 1:

где α₁=α₃ являются углами между осями шарниров ведущего и ведомого кривошипов, которые скрещиваются в пространстве;

- α₂=α₄ являются углами между шарниров крыла и корпуса.

Угол α₂=α₄ и изменяются в пределах от 75-105°, оптимальным с точки зрения изготовления является α₂=α₄=90°. Значение углов α₁=α₃ определяется формулой .

где - кратчайшее расстояние между скрещивающимися осями шарниров крыла (корпуса), принимается конструктивно в зависимости от габаритов крыла, при этом ;

- кратчайшее расстояние между скрещивающимися осями шарниров ведущего и ведомого кривошипов и рассчитывается по формуле , при этом . Для обеспечения работоспособности механизма машущего крыла необходимо совместить концы кратчайших расстояний ведущего кривошипа, крыла, ведомого кривошипа, корпуса последовательно.

Траектория движения крыла описывает в пространстве эллипс.

Для пояснения технической сущности заявленного технического решения рассмотрим чертеж:

На фиг. 1 - представлена структурная схема механизма машущего крыла, где

1 - корпус; 2 - ведущий кривошип; 3 - ведомый кривошип; 4 - крылья; 5, 6 - мотор-редукторы; 7 - шестерня; 8 - зубчатое колесо; 9 - вал ведущего кривошипа; α₁, α₂, α₃, α₄ - углы скрещивания между осями шарниров А, В, С, D; , , , - кратчайшие расстояния между скрещивающимися осями шарниров А, В, С, D.

Механизм машущего крыла состоит из корпуса 1, к которому с помощью ведущего кривошипа 2 и ведомого кривошипа 3 шарнирно соединено крыло 4. На корпус 1 установлен привод, включающий в себя мотор-редуктор 5, шестерня 7 и зубчатое колесо 8. Шестерня 7 жестко посажена на вал мотор-редуктора 5 и входит в контакт с зубчатым колесом 8, установленным на вал ведущего кривошипа 9. При этом вал кривошипа 9 жестко соединен с ведущим кривошипом 2, при этом аналогично, симметрично устроен привод правого крыла. Причем структурные параметры ведущего и ведомого кривошипов выполнены одинаково, т.е. оси их шарниров скрещиваются в пространстве под одинаковыми углами, и имеет одинаковые кратчайшие расстояние между этими осями шарниров: α₁=α₃, .

Механизм машущего крыла работает следующим образом:

Вращающиеся движения от мотор-редукторов 5, 6 передаются шестерням 7, которые входят в зацепление с зубчатыми колесами 8 и через валы ведущих кривошипов 9 передают вращательные движения ведущим кривошипам 2. В свою очередь, ведущие кривошипы 2 через шарнир А приводят в движение крылья 4, которые связаны через шарниры В и D с ведомыми кривошипами 3 и корпусом 1. Таким образом, крылья 4 установлены между ведущими кривошипами 2 и ведомыми кривошипами 3, с возможностью совершения пространственного движения, имитирующего движение крыла птицы во время полета, образуя траекторию движения по эллипсу.

По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявляемый механизм машущего крыла позволяет повысить эффективность механизма машущего крыла за счет повышения надежности механизма путем упрощения конструкции, с одновременным расширением функциональных возможностей машущего крыла, благодаря конструктивному выполнению машущих крыльев, выполняющих пространственное движение, имитирующее движение крыла птицы во время полета, образуя траекторию движения по эллипсу.

Механизм машущего крыла, содержащий корпус, шарнирно соединенный с крыльями, силовую установку и привод машущих крыльев, отличающийся тем, что силовая установка выполнена в виде мотор-редукторов, шестерен и зубчатых колес, при этом привод машущих крыльев содержит ведущие и ведомые кривошипы, которые расположены симметрично относительно корпуса, причем крылья соединены с корпусом шарнирно через ведомые кривошипы, а ведущие кривошипы с одной стороны соединены шарнирно с крыльями, с другой стороны жестко соединены с валами ведущих кривошипов, на которые установлены зубчатые колеса, входящие в зацепление с шестернями, посаженными на валы мотор-редукторов.