差动变载扑翼论文和设计-魏朝阳

全文摘要

本实用新型公开了一种差动变载扑翼，其涉及扑翼技术领域，包括：第一机翼，第二机翼，悬挂，承重差动机构；承重差动机构将两个机翼的悬挂承重地活动连接于主载荷并使它们的悬挂长度变化反向等量、悬挂拉力能互相反向传递；驱动两个机翼的悬挂长度变化并主动控制翼俯仰角的变化，使得两个机翼周期性地交替地重载下滑和轻载上滑，从而保持总升力和总推力。本实用新型能够使得整个装置的动态载荷力基本保持不变，并且动力只提供变载力而不承担静重力，其用于人力飞行、持久留空飞行、低噪音飞行和简结构低成本飞行。

主设计要求

1.一种差动变载扑翼，其特征在于，包括：第一机翼，第二机翼，连接于所述第一机翼和所述第二机翼的悬挂，承重差动机构；所述承重差动机构将所述第一机翼的悬挂和所述第二机翼的悬挂承重地活动连接于主载荷并使所述第一机翼的悬挂长度变化和所述第二机翼的悬挂长度变化反向等量、所述第一机翼的第一悬挂拉力和所述第二机翼的第二悬挂拉力能互相反向传递；对所述第一机翼的悬挂长度变化和所述第二机翼的悬挂长度变化的驱动和对所述第一机翼的翼俯仰角和所述第二机翼的翼俯仰角的主动控制相配合，使得所述差动变载扑翼能在至少两种状态之间反复转换：在第一种状态下，所述第一机翼的高度升高而使翼轨迹升降角为正值，配合地控制所述第一机翼形成大于零的第一攻角和在第一悬挂拉力下的轻载上滑，所述第二机翼的高度降低而使翼轨迹升降角为负值，配合地控制所述第二机翼形成小于失速临界角的第二攻角和在第二悬挂拉力下的重载下滑，所述第二攻角大于所述第一攻角，所述第二悬挂拉力大于所述第一悬挂拉力；在第二种状态下，所述第一机翼的高度降低而使翼轨迹升降角为负值，配合地控制所述第一机翼形成小于失速临界角的第一攻角和在第一悬挂拉力下的重载下滑，所述第二机翼的高度升高而使翼轨迹升降角为正值，配合地控制所述第二机翼形成大于零的第二攻角和在第二悬挂拉力下的轻载上滑，所述第一攻角大于所述第二攻角，所述第一悬挂拉力大于所述第二悬挂拉力。

设计方案

2.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，所述承重差动机构包括：同轴固定连接连并能够双向转动的第一轮和第二轮，所述悬挂包括第一绳索、第二绳索，所述第一绳索的一端连接在所述第一机翼上，所述第一绳索的另一端固定并部分缠绕在所述第一轮上，所述第二绳索的一端连接在所述第二机翼上，所述第二绳索的另一端固定并部分缠绕在所述第二轮上，所述第一绳索的缠绕方向与所述第二绳索的缠绕方向相反，从而在第一种状态下，驱动所述第一轮和第二轮向一个方向同步转动，能使所述第一绳索的缠绕量减少而增加所述第一机翼的悬挂长度、所述第二绳索的缠绕量增加而减少所述第二机翼的悬挂长度；在第二种状态下，驱动所述第一轮和第二轮的同步转动方向和第一种状态中相反，所述第一机翼和所述第二机翼的悬挂长度变化方向和第一种状态中相反。

3.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，所述承重差动机构包括：能够进行双向转动的滑轮，所述悬挂包括绳索，所述绳索绕过所述滑轮，所述绳索的一端与所述第一机翼相连接，所述绳索的另一端与所述第二机翼相连接，从而使所述第一机翼的悬挂被另外的传动所下拉而变短时，能通过所述滑轮的从动旋转而间接地放松所述第二机翼的悬挂而使其变长，或所述第二机翼的悬挂被另外的传动所下拉而变短时，能通过所述滑轮的从动旋转而间接地放松所述第一机翼的悬挂而使其变长。

4.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，所述承重差动机构包括：能够进行双向转动的齿轮和导向装置，所述悬挂包括：第一齿条、第二齿条，所述第一齿条和所述第二齿条设置在所述齿轮的两侧，与所述齿轮相啮合，所述第一齿条、所述第二齿条和所述齿轮均设置在所述导向装置中，从而对所述第一齿条、所述第二齿条进行限位和导向，所述第一齿条的上端与所述第一机翼相传动连接，所述第二齿条的上端与所述第二机翼相传动连接。

5.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，所述差动变载扑翼还包括：连接在所述悬挂和所述第一机翼之间的第一角度控制器、连接在所述悬挂和所述第二机翼之间的第二角度控制器，所述第一角度控制器用于控制所述第一机翼的翼俯仰角，所述第二角度控制器用于控制所述第二机翼的翼俯仰角。

6.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，所述承重差动机构包括，第一承重差动机构、第二承重差动机构，所述第一承重差动机构至少为一个，其横向一线设置并通过悬挂连接所述第一机翼和所述第二机翼的前缘各对应点，所述第二承重差动机构至少为一个，其横向一线设置并悬挂连接所述第一机翼和所述第二机翼的后缘各对应点，从而使在同时驱动所述第一机翼的整体悬挂变长和所述第二机翼的整体悬挂变长的周期性变化过程中，对前缘悬挂变长的驱动和对后缘悬挂变长的驱动的异步量能控制形成所述第一机翼和所述第二机翼相对于基准平面的反向的差动俯仰角。

7.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，能反相位垂直运动的所述第一机翼和所述第二机翼沿水平方向设置，所述第二机翼至少为两个，至少一个所述第二机翼位于所述第一机翼的一侧，至少一个所述第二机翼位于所述第一机翼的另一侧。

8.根据权利要求1所述的差动变载扑翼，其特征在于，能反相位垂直运动的所述第一机翼和所述第二机翼沿垂直方向设置。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及扑翼技术领域，特别涉及一种差动变载扑翼。

背景技术

扑翼是一种模仿鸟类和昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造新型飞行器类型的重要结构。与固定翼和旋翼相比，扑翼的主要特点是以翼的往复运动既产生升力又产生推力，可以用很小的能量进行长距离飞行，并具有较强的机动性。

由于展向角度运动的扑翼在展向各段的垂直运动幅度不同，翼轨迹升降角也就不同，使需要的翼弦线俯仰角(姿态角)也不同，因此形成了人造扑翼飞行器主动控制翼俯仰角的结构复杂性和操控复杂性。为了避免角动扑翼的这种展向复杂性，申请人在申请号为201621114654.8的专利中提出了一种整动扑翼技术，其利用了小变载波状滑翔原理，由于升力始终为正、上挥减载力绝对值总小于重力绝对值的特点，整动扑翼可以使用软悬挂，从而减轻重量、简化结构。

但是，由于上述整动扑翼是非差动的，具有以下缺点：第一，由于主载荷对翼的拉力，也是翼对主载荷的拉力,所以在变载时，翼的主载荷必然会导致相应的约为0.1g到0.3g左右的垂直往复加速度，这不但会对某些任务载荷的工作产生影响，而且会消耗一定的能量，有损动力效率；第二，若要使动力避免承担载荷静重力就必须增加并联的弹性机构，而弹性机构的弹性力随长度的变化仍会产生残余影响，并且要根据实际载重的变化而调整弹性机构也比较麻烦。

本申请中可能涉及的缩略语或关键技术用语解释如下：

翼轨迹——翼上的某个点(例如气动中心)在纵垂面上相对于静止空气的运动轨迹。翼轨迹是翼相对于本体在纵垂面上的运动和本体相对于空气的运动的合成运动的轨迹。翼轨迹的切线方向是翼的迎流方向。翼轨迹升降角或翼轨迹俯仰角——翼轨迹相对于水平面的角，向上为正。翼俯仰角——翼弦线相对于水平面的角，向上为正。攻角或迎角——翼弦线相对于翼轨迹的角或翼弦线和实际迎流方向的角,向上为正。动态载荷力——载荷对翼的实际动态拉力，向下为负，其可表现为动力系统对翼的拉力和弹性器件对翼的拉力，来源于载荷净重力和载荷加速度对应的力。变载力——动态载荷力和静载荷力之差，向上为正，和载荷静重力同向的变载力为加载力，和载荷静重力反向的变载力为减载力。变载比——变载力和载荷静重力绝对值之比。巡航——以长途飞行中最常用的速度宏观等速水平的飞行。角动扑翼——翼在横垂面上的角度运动形成的扑翼。整动扑翼——翼整体相对于主载荷的垂直运动形成的扑翼。变悬挂或悬挂变长——整动扑翼中，翼和主载荷之间的悬挂连接的垂直长度的变化。差动俯仰角——差动变载扑翼中，翼弦线相对于基准平面的角，两个机翼的差动俯仰角反向等量。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种差动变载扑翼，其能够在等速平飞时使得整个装置的动态载荷力基本保持不变,并使动力只提供(承担)变载力而不承担静重力。

本实用新型的具体技术方案是：

一种差动变载扑翼，包括：第一机翼，第二机翼，连接于所述第一机翼和所述第二机翼的悬挂，承重差动机构；所述承重差动机构将所述第一机翼的悬挂和所述第二机翼的悬挂承重地活动连接于主载荷并使所述第一机翼的悬挂长度变化和所述第二机翼的悬挂长度变化反向等量、所述第一机翼的第一悬挂拉力和所述第二机翼的第二悬挂拉力能互相反向传递；对所述第一机翼的悬挂长度变化和所述第二机翼的悬挂长度变化的驱动和对所述第一机翼的翼俯仰角和所述第二机翼的翼俯仰角的主动控制相配合，使得所述差动变载扑翼能在至少两种状态之间反复转换：在第一种状态下，所述第一机翼的高度升高而使翼轨迹升降角为正值，配合地控制所述第一机翼形成大于零的第一攻角和在第一悬挂拉力下的轻载上滑，所述第二机翼的高度降低而使翼轨迹升降角为负值，配合地控制所述第二机翼形成小于失速临界角的第二攻角和在第二悬挂拉力下的重载下滑，所述第二攻角大于所述第一攻角，所述第二悬挂拉力大于所述第一悬挂拉力；在第二种状态下，所述第一机翼的高度降低而使翼轨迹升降角为负值，配合地控制所述第一机翼形成小于失速临界角的第一攻角和在第一悬挂拉力下的重载下滑，所述第二机翼的高度升高而使翼轨迹升降角为正值，配合地控制所述第二机翼形成大于零的第二攻角和在第二悬挂拉力下的轻载上滑，所述第一攻角大于所述第二攻角，所述第一悬挂拉力大于所述第二悬挂拉力。

优选地，所述承重差动机构包括：同轴固定连接并能够双向转动的第一轮和第二轮，所述悬挂包括第一绳索、第二绳索，所述第一绳索的一端连接在所述第一机翼上，所述第一绳索的另一端固定并部分缠绕在所述第一轮上，所述第二绳索的一端连接在所述第二机翼上，所述第二绳索的另一端固定并部分缠绕在所述第二轮上，所述第一绳索的缠绕方向与所述第二绳索的缠绕方向相反，从而在第一种状态下，驱动所述第一轮和第二轮向一个方向同步转动，能使所述第一绳索的缠绕量减少而增加所述第一机翼的悬挂长度、所述第二绳索的缠绕量增加而减少所述第二机翼的悬挂长度；在第二种状态下，驱动所述第一轮和第二轮的同步转动方向和第一种状态中相反，所述第一机翼和所述第二机翼的悬挂长度变化方向和第一种状态中相反。

优选地，所述承重差动机构包括：能够进行双向转动的滑轮，所述悬挂包括绳索，所述绳索绕过所述滑轮，所述绳索的一端与所述第一机翼相连接，所述绳索的另一端与所述第二机翼相连接，从而使所述第一机翼的悬挂被另外的传动所下拉而变短时，能通过所述滑轮的从动旋转而间接地放松所述第二机翼的悬挂而使其变长，或所述第二机翼的悬挂被另外的传动所下拉而变短时，能通过所述滑轮的从动旋转而间接地放松所述第一机翼的悬挂而使其变长。

优选地，所述承重差动机构包括：能够进行双向转动的齿轮和导向装置，所述悬挂包括：第一齿条、第二齿条，所述第一齿条和所述第二齿条设置在所述齿轮的两侧，与所述齿轮相啮合，所述第一齿条、所述第二齿条和所述齿轮均设置在所述导向装置中，从而对所述第一齿条、所述第二齿条进行限位和导向，所述第一齿条的上端与所述第一机翼相传动连接，所述第二齿条的上端与所述第二机翼相传动连接。

优选地，所述差动变载扑翼还包括：连接在所述悬挂和所述第一机翼之间的第一角度控制器、连接在所述悬挂和所述第二机翼之间的第二角度控制器，所述第一角度控制器用于控制所述第一机翼的翼俯仰角，所述第二角度控制器用于控制所述第二机翼的翼俯仰角。

优选地，所述承重差动机构包括，第一承重差动机构、第二承重差动机构，所述第一承重差动机构至少为一个，其横向一线设置并通过悬挂连接所述第一机翼和所述第二机翼的前缘各对应点，所述第二承重差动机构至少为一个，其横向一线设置并悬挂连接所述第一机翼和所述第二机翼的后缘各对应点，从而使在同时驱动所述第一机翼的整体悬挂变长和所述第二机翼的整体悬挂变长的周期性变化过程中，对前缘悬挂变长的驱动和对后缘悬挂变长的驱动的异步量能控制形成所述第一机翼和所述第二机翼相对于基准平面的反向的差动俯仰角。

优选地，能反相位垂直运动的所述第一机翼和所述第二机翼沿水平方向设置，所述第二机翼至少为两个，至少一个所述第二机翼位于所述第一机翼的一侧，至少一个所述第二机翼位于所述第一机翼的另一侧。

优选地，能反相位垂直运动的所述第一机翼和所述第二机翼沿垂直方向设置。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

第一，在本实用新型中将第一机翼和第二机翼复合在同一个飞行器上并反相位地周期运动，能使得第一机翼和第二机翼的垂直升力的周期变化始终保持互补而使其和基本不变，同时能使得第一机翼和第二机翼的与垂直升力的变化相对应的悬挂拉力的周期变化也能始终保持互补而使对主载荷的总拉力基本不变，从而解决了非差动扑翼在前半周期和后半周期之间的往复反向的变载力引起主载荷相应的垂直往复加速度而浪费部分能量的问题。实质是把非差动扑翼对悬挂高度、垂直升力、水平分力、变载力等的变化的半周期移时补偿，都变成了两幅机翼之间的反相位运动状态的共时补偿。

第二，由于承重差动机构在悬挂和主载荷之间承担其两侧悬挂拉力之和，又在两侧悬挂之间反向传递悬挂拉力，动力驱动只是把其中一个机翼的悬挂拉力的变化量反向转移到另一个机翼的悬挂拉力上去，从而使动力只提供(承担)变载力，从而不需要另外增加用于辅助承担主载荷静重力的弹性机构。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和\/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼无动力输出时的滑翔状态示意图；

图2为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼有动力输出时的前半周期中的第一种状态示意图；

图3为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼有动力输出时的后半周期中的第二种状态示意图；

图4为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼的受力示意图；

图5为本实用新型用前后缘悬挂长度变化的小异步量来形成差动俯仰角的局部实施方式的原理性示意图；

图6为本实用新型差动变载扑翼第一个组合实施例示意图；

图7为本实用新型差动变载扑翼第二个组合实施例示意图；

图8为本实用新型差动变载扑翼第三个组合实施例示意图。

以上附图的附图标记：

0、悬挂；1、第一机翼；2、第二机翼；3、承重差动机构；4、主载荷；5、第一轮；6、第二轮；7、第一绳索；8、第二绳索；9、轴；10、尾翼；11、第一承重差动机构；12、第二承重差动机构；18、万向球轴承；19、第一踏板；20、第二踏板；25、第一拉索；26、第二拉索；27、第三拉索；28、第四拉索；29、第一变向变速器；30、第二变向变速器；31、第三变向变速器；32、第四变向变速器；33、底座；34、差动滑轮；35、齿轮；36、第一齿条；37、第二齿条；38、导向装置；39、支架；40、第一角度控制器；41、第二角度控制器。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和\/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在现有技术中存在一种称为小变载波状滑翔的原理及应用上述原理的飞行方式，该原理中的要点如下：1、波状。翼相对于主载荷(本体)的垂直运动(上挥和下挥，或称上扑和下扑，又或称上滑和下滑)，和已有的巡航飞行速度下的飞行器整体前进运动，合成为翼轨迹在航线垂直面上近似三角波的波状运动。2、滑翔。翼弦线相对于水平面的俯仰角要主动变化，使翼弦线和翼轨迹之间的实际攻角始终较小(小于失速临界攻角)，保持气流的滑流状态以减小阻力，而且实际攻角始终是正的，无论下挥和上挥都有正升力。也就是始终处于上滑或下滑的滑翔状态。或者说，使翼的综合气动力方向和翼轨迹法线向上方向之间的差角尽量较小。3、变载。在翼下滑时，翼轨迹法线向上方向相对于整体运动方向而前倾，由于翼仍处于小攻角滑翔状态，翼的综合气动力方向也能相对于整体运动方向而前倾，此时增大攻角(但仍小于失速临界攻角)来增大综合气动力，就增大了综合气动力在前进方向上的分力。但同时综合气动力的垂直分力也增大了，对主载荷就形成了加载力。在翼上滑时，翼的综合气动力方向相对于整体运动方向而后倾，此时减小攻角(但仍大于零升力攻角)来减小综合气动力，就减小了综合气动力在前进反方向上的分力。但同时综合气动力的垂直分力也减小了，对主载荷形成了减载力。也可以从另一个角度来理解变载：在翼下滑时，翼的俯仰角要小于零，同时对翼增加向下的动态载荷力(翼攻角相应地稍有增大以基本保持翼轨迹的法方向的平衡)，以增大下滑加速度；在翼上滑时，对翼减小向下的动态载荷力(翼攻角相应地稍有减小以基本保持翼轨迹的法方向的平衡)，以减小上滑负加速度。变载力在翼轨迹方向上的投影分力始终是正的，作为推力来克服阻力(或加速)。4、主载荷运动。主载荷和翼之间的垂直距离要主动变化，使主载荷不随翼做波状运动而基本保持水平，保持高度势能，防止挥翼方向转换时使主载荷产生大的垂直加速度而损耗能量。但是为了提供上述对翼的变载力，主载荷在下挥过程有微弱的下凹形运动，产生向上的加速度，在上挥过程有微弱的上凸形运动，产生向下的加速度。为了减少垂直加速度引起的高度变化，凹形运动和凸形运动应尽可能各自对称，也就是说，凹形运动的最低点在下挥过程中点附近，凸形运动的最高点在上挥过程中点附近。

在小变载波状滑翔的原理中，宏观水平飞行时克服阻力所需要的变载力的概略定量估算如下：

设重力为W(＜0)，翼轨迹下滑角和上滑角(统称翼轨迹升降角)的绝对值都为|λ|，则重力在翼轨迹方向的分力为W sinλ，在上滑阶段和下滑阶段绝对值相等，由于λ的符号方向相反，互相抵消。

设下滑时的加载力和上滑时的减载力的绝对值都为|Δ_{W<\/sub>|，则变载力(加载力和减载力的统称)在翼轨迹方向的分力为Δ_{W<\/sub>sinλ，在下滑和上滑时由于Δ_{W<\/sub>和λ都是同符号的，该分力可表示为|Δ_{W<\/sub>|sin|λ|，便形成沿翼轨迹线的一个额外推力。}}}}

设等效于翼轨迹线上的平均空气阻力为R，则当|Δ_{W<\/sub>|sin|λ|≥|R|时，就可以克服阻力，等速或加速平飞。设变载力和重力之比为变载比γ＝Δ_{W<\/sub>\/|W|，下滑和上滑的平均升阻比为K，则概略有|R|＝|W|\/K，能克服阻力的条件式变为|γ|sin|λ|≥1\/K。}}

由于滑翔状态的升阻比K很大(三角滑翔翼可达12至18，而飞鸟可达15至35)，翼轨迹升降角λ绝对值通常需要一、二十度左右，所以变载比绝对值显著小于1(通常在0.1到0.3左右)就可以保持等速平飞，也就是说变载力绝对值显著小于重力绝对值就可以保持等速平飞，这对大型飞行器而言均是可以实现的。故相对于现在小型扑翼不自觉地过大的变载力，在小变载波状滑翔的原理(方式)中强调小变载。

水平飞行时变载功率转变为水平飞行功率的转换效率的概略定量估算如下：

η＝TV\/|Δ_{W<\/sub>V_{h<\/sub>|＝Δ_{W<\/sub>sinλcosλV\/|Δ_{W<\/sub>Vtgλ|＝cos^2<\/sup>λ}}}}

其中，T表示变载力转换成的水平推力，T＝Δ_{W<\/sub>sinλcosλ＞0；V表示飞行器整体的水平飞行速度；Δ_{W<\/sub>表示变载力，向下为负；V_{h<\/sub>表示翼的垂直运动分速度，V_{h<\/sub>＝Vtgλ；λ表示翼轨迹升降角，下滑时为负。}}}}

通过计算得到当翼轨迹升降角绝对值|λ|＜18.4°时，转换效率η＞0.9。根据鸟巡航飞行时的速度、扑翼频率和扑翼幅度，可以估算出长途迁徙鸟类的翼轨迹升降角绝对值在十几度左右，甚至小于10度。

需要注意的是，上述公式只是变载功率变为推进功率的转换效率。第一，某些被动扭转的扑翼机，即使客观存在变载力转换为推进力的作用，但无论转换效率多高，只要气动阻力增大了，相应增大的推力就没有积极作用，就是浪费能量。所以，保持小攻角滑翔和提高升阻比以减小阻力，仍然是高效率飞行的基础因素。第二，如果动力只负责提供变载力，那么上述公式也是动力输出功率变为推进功率的转换效率。但是，如果动力还需要承担静载荷重力，那么动力的效率就会变低很多。所以非差动扑翼需要用弹性装置来辅助承担静载荷力。

上述小变载波状滑翔的原理说明，翼下挥的目的只是使下挥运动和整体前飞运动合成的翼轨迹线向下倾斜，从而提供使综合气动力前倾的机会。翼上挥的目的则只是恢复翼的高度。而要在下滑时获得前推力、在上滑时减小损耗，特别是在增大下滑和上滑之间的水平分力绝对值之差的同时，尽量减小下滑和上滑之间的动态载荷力之差从而减小动力需求，就都要靠翼弦线俯仰角的控制。翼的垂直运动速度和整体前飞速度确定了翼轨迹方向，也就是攻角的起始边(这和固定翼有很大区别)，而主动控制翼俯仰角就是控制翼弦线角度，即攻角的终边。控制翼弦线角度的目的：第一，使翼弦线随着翼轨迹的变化而变化，保持较小的攻角以保持气流的滑流状态，使综合气动力方向尽量靠近翼轨迹法线向上方向；第二，在下滑时既要使翼弦线下倾而使综合气动力方向前倾，又要使攻角稍大而增大前倾的综合气动力以增大前向分力；第三，在上滑时既要减小攻角以减小后倾的综合气动力从而减小后向分力，又要使攻角仍为正以减小主载荷垂直颠簸。因此，主动、灵敏、动态、精确地控制翼俯仰角，是减小阻力、增大前推力、减小动态载荷力变化幅度从而减小动力需求、提高效率的关键因素。

上述小变载波状滑翔的原理和其它一些扑翼理论和方式的区别是：第一，把减小阻力(特别是综合气动力在翼轨迹反方向上的分力)作为前提和基础。在前进速度显著大于翼的垂直运动速度、翼轨迹起伏很小的情况下，增大阻力必然是得不偿失的，需要付出更大的动力，所以要主动精确地控制翼俯仰角的周期性变化以保持攻角较小的滑流状态，以保持较大的升阻比。第二，翼在上挥时升力也要为正值，避免综合气动力的垂直分力在全周期中的大幅波动。因为综合气动力的垂直分力的周期均值要和重力相平衡，所以上挥时如果产生负升力，需要下挥时的升力翻倍来补偿，主载荷以大于两个g的加速度上下颠簸，严重浪费能量。第三，翼的俯仰角的主动变化，既是上挥和下挥互相转换的主要原因，也是在翼轨迹升降角周期变化过程中精确形成合适攻角的必要原因。不能以翼的被动弹性扭转或柔性扭转为主，以被动扭转为主不但会增大挥翼动作所需要的力，而且会增大阻力，且不合适的攻角会大幅度增加变载力绝对值。第四，在上述几个特点的基础上，动态变载力要显著小于静重力，以减小动力需求。

上述小变载波状滑翔原理和方式只适用于在前进速度显著大于翼的垂直运动速度、翼轨迹起伏较小的情况，即巡航飞行。原地起飞、大仰角上升、悬停和低速高机动时的扑翼原理几乎完全不同，这些飞行状态需要很大的动力和很复杂的翼动作方式，也没有高效率。本实用新型以追求动力效率为最高目标，暂不追求过高的机动性，起飞可以仿照滑翔器材的多种辅助方法。

在申请人提出的整动扑翼中虽然利用了上述小变载波状滑翔原理，但是正如上述分析过程中所言，非差动扑翼在变载时会出现一些不利的特点因素，因此仍需要进一步进行改进。于是，为了能在等速平飞时使得整个装置的动态载荷力基本保持不变，并且动力可以只承担变载力，本申请人提出了一种差动变载扑翼。

如图1至图3所示，该差动变载扑翼可以包括：第一机翼1,第二机翼2,连接第一机翼1和第二机翼2的悬挂0,承重差动机构3。承重差动机构3将第一机翼1的悬挂0和第二机翼2的悬挂0承重地活动连接于主载荷4，并使第一机翼1的悬挂0的长度变化和第二机翼2的悬挂0的长度变化反向等量、第一机翼1的悬挂0的拉力和第二机翼2的悬挂0的拉力能互相反向传递。第一机翼1的悬挂长度和第二机翼2的悬挂长度都能由动力驱动而改变，第一机翼1的翼俯仰角和第二机翼2的翼俯仰角都能分别主动控制。第一机翼1的悬挂0的长度变化和第二机翼2的悬挂0的长度变化的驱动，和对翼俯仰角的主动控制相配合，使得差动变载扑翼既能在无动力输出时进行滑翔，又能在有动力输出时在两种状态之间反复转换。

图1为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼无动力输出时的滑翔状态示意图。控制第一机翼1的悬挂0的长度和第二机翼2的悬挂0的长度都保持不变，第一机翼1的翼轨迹和第二机翼2的翼轨迹都和差动变载扑翼的运动轨迹互相平行，控制第一机翼1的翼俯仰角和第二机翼2的翼俯仰角保持相等，使得第一机翼1所受的气动力和第二机翼2所受的气动力相同，第一机翼1对主载荷的拉力和第二机翼2对主载荷的拉力相同。此时和第一机翼1和第二机翼2都相平行的平面即为基准平面。控制基准平面的俯仰角，即可控制差动变载扑翼的滑翔飞行航线升降角。

图2为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼有动力输出时的前半周期中的第一种状态示意图。在悬挂变长驱动下，第一机翼1的高度升高，其高度变化速度矢量和差动变载扑翼整体运动速度矢量的合速度矢量方向为翼轨迹方向，而使翼轨迹升降角为正值，配合地控制第一机翼1的翼俯仰角，形成翼弦线和翼轨迹之间的大于零的第一攻角，并由第一攻角相应的综合气动力的垂直分量形成第一悬挂拉力，使第一机翼1轻载上滑；第二机翼2的高度降低，其高度变化速度矢量和差动变载扑翼运动速度矢量的合速度矢量方向为翼轨迹方向，而使翼轨迹升降角为负值，配合地控制第二机翼2的翼俯仰角，形成翼弦线和翼轨迹之间的小于失速临界角的第二攻角，并由第二攻角相应的综合气动力的垂直分量形成第二悬挂拉力，使第二机翼重载下滑。第二攻角大于第一攻角，使第二机翼的综合气动力的标量值大于第一机翼的综合气动力的标量值；第二悬挂拉力大于第一悬挂拉力，由悬挂变长驱动力来提供(承担)第二悬挂拉力和第一悬挂拉力之差。

图3为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼有动力输出时的后半周期中的第二种状态示意图。在第二种状态下，第一机翼1的状态和第一种状态下第二机翼2的状态相同，第二机翼2的状态和第一种状态下第一机翼1的状态相同。在第二种状态下，第一机翼1的高度降低而使翼轨迹升降角为负值，配合地控制第一机翼1形成小于失速临界角的第一攻角和在第一悬挂拉力下的重载下滑；第二机翼2的高度升高而使翼轨迹升降角为正值，配合地控制第二机翼2形成大于零的第二攻角和在第二悬挂拉力下的轻载上滑。第一攻角大于第二攻角，使第一机翼1的综合气动力的标量值大于第二机翼2的综合气动力的标量值；第一悬挂拉力大于第二悬挂拉力，由悬挂变长驱动力来提供(承担)第二悬挂拉力和第一悬挂拉力之差。

图4为用简化结构表达的本实用新型差动变载扑翼的受力示意图，图中所有各状态下各翼的综合气动力都包含阻力而相对于翼轨迹法线向上方向后倾，由于所有攻角都小于失速临界角而使各状态下各翼的综合气动力方向和翼轨迹法线向上方向之间的差角很小。在忽略翼质量的条件下，所有悬挂对翼的向下拉力绝对值，都和该翼的综合气动力的垂直分量相等。所有悬挂对翼的向下拉力绝对值，都和该悬挂对主载荷的向上拉力相等。在前半周期中的第一种状态下，如图2和图4所示，第一机翼1由于翼轨迹升降角为正值，所以翼轨迹法线的向上方向随之后倾，综合气动力方向亦随之后倾；第二机翼2由于翼轨迹升降角为负值，所以翼轨迹法线的向上方向随之前倾，综合气动力方向亦可随之前倾。由于第一机翼1的第一攻角小于第二机翼2的第二攻角，所以第一机翼1的综合气动力的标量值小于第二机翼2的综合气动力的标量值。这使得第一机翼1的后倾却较小的综合气动力的水平分力和第二机翼2的前倾却较大的综合气动力的水平分力的总和可以等于0(或大于0)而使差动变载扑翼等速飞行(或加速飞行)，而对应于第一攻角的第一悬挂拉力和对应于第二攻角的第二悬挂拉力的总和却可以保持和主载荷静重力相平衡(或更大)，第一悬挂拉力和第二悬挂拉力之差则由悬挂变长驱动力提供(承担)。在后半周期中的第二种状态下，如图3和图4所示，第一机翼1由于翼轨迹升降角为负值，所以翼轨迹法线的向上方向随之前倾，综合气动力方向亦可随之前倾；第二机翼2由于翼轨迹升降角为正值，翼轨迹法线的向上方向随之后倾，综合气动力方向亦随之后倾。由于第一机翼1的第一攻角大于第二机翼2的第二攻角，所以第一机翼1的综合气动力的标量值大于第二机翼的综合气动力的标量值。这使得第一机翼1的前倾却较大的综合气动力的水平分力和第二机翼2的后倾却较小的综合气动力的水平分力的总和可以等于0(或大于0)而使差动变载扑翼等速飞行(或加速飞行)，而对应于第一攻角的第一悬挂拉力和对应于第二攻角的第二悬挂拉力的总和却可以保持和主载荷静重力相平衡(或更大)，第一悬挂拉力和第二悬挂拉力之差则由悬挂变长驱动力提供(承担)。通过上述过程，可以使第一状态的总合水平推力等于第二状态的总合水平推力，第一状态的总合升力等于第二状态的总和升力。

如图1至图4所示，本申请的原理性运动特性归纳如下：第一，第一机翼1至承重差动机构3的悬挂0的长度和第二机翼2至承重差动机构3的悬挂0的长度通过承重差动机构3而变化方向相反，变化量相等，形成垂直运动的差动。第一机翼1和第二机翼2的差动垂直运动形成第一机翼1的翼轨迹和第二机翼2的翼轨迹相对于差动变载扑翼的运动方向而反向对称，形成翼轨迹倾斜方向的差动。第二：第一机翼1的俯仰角和第二机翼2的俯仰角都要适合翼轨迹而改变，第一机翼1相对于基准平面的翼差动俯仰角(翼俯仰角和基准平面俯仰角之差)和第二机翼2相对于基准平面的翼差动俯仰角反向对称，形成翼差动俯仰角的差动。第三，在上滑时要减小攻角，下滑时要增大攻角，相对于无动力等速直线滑翔攻角也要形成攻角的差动。第四，第一机翼1在前半周期的状态和后半周期的状态相反，第二机翼2在前半周期的状态和后半周期的状态相反，形成半周期之间状态的差动。

如图1至图4所示，本申请的原理性力学特性归纳如下：第一，无动力滑翔时的力学特性。第一机翼1的升力和第二机翼2的升力相同，分担主载荷4的重力，第一机翼1的悬挂拉力和第二机翼2的悬挂拉力对承重差动机构3的转动部分的力矩相互平衡，除波动随机干扰外对动力输出端没有反馈力。第二，有动力输出时垂直方向上的力学特性。由于攻角的差动，上滑中的机翼的垂直升力和下滑中的机翼的垂直升力相对于无动力滑翔状态形成差动，但总和可以和主载荷静重力相平衡(或更大)。悬挂变长驱动力相应地对上滑的机翼减小悬挂拉力，同时相应地对下滑的机翼增大悬挂拉力，从而形成变载力的差动。驱动力只提供(承受)第一机翼1和第二机翼2周期往复的动态变载力，可以不承担重力。第三，有动力输出时水平方向上的力学特性。上滑运动中的机翼的后倾但标量较小的气动力(包含阻力)的水平分力，和下滑运动中机翼的前倾但标量较大的气动力(包含阻力)的水平分力，方向相反，形成水平分力的差动，但不对称，两者之和可以为零而保持等速飞行，甚至还可以大于零而加速飞行。第四，前半周期的第一状态的总和力矢量，和后半周期的第二状态的总和力矢量基本相同。

本实用新型的原理的实质是通过将第一机翼1和第二机翼2复合在同一个飞行器上并反相位地周期运动的方式，把非差动扑翼对悬挂高度、垂直升力、水平分力、变载力等诸多物理量的变化的半周期移时补偿，都变成了两幅机翼之间的反相位运动状态的共时补偿。非差动扑翼的半周期移时补偿是由主载荷的垂直动能和势能以及弹性器件的弹性能的周期变化来缓存及释放能量的，而差动变载扑翼的共时补偿则不再需要周期性能量缓存及释放。

以下为本申请中的多种不同局部实施方式，包括承重差动机构的四种局部实施方式、驱动和差动的传动关系的两种局部实施方式、翼俯仰角控制的两种局部实施方式、基准平面角度控制的两种局部实施方式、机翼布局的两种局部实施方式、动力源的两种局部实施方式等。

承重差动机构需要同时具备三个基本特征：第一，能将两个悬挂的合拉力传导到主载荷，即承重；第二，能使两个悬挂的拉力互相反向地传导；第三，能使两个悬挂的长度改变量反向相反。具备这三个基本特征的具体机械器件形式有很多，下面给出承重差动机构的四种局部实施方式。

承重差动机构的第一种局部实施方式是，承重差动机构3包括：同轴固定连接并能够双向转动的第一轮5和第二轮6，悬挂0包括第一绳索7、第二绳索8，第一绳索7的一端连接在第一机翼1上，第一绳索7的另一端固定并部分缠绕在第一轮5上，第二绳索8的一端连接在第二机翼2上，第二绳索8的另一端固定并部分缠绕在第二轮6上，第一绳索7的缠绕方向与第二绳索8的缠绕方向相反，从而在第一种状态下，驱动第一轮5和第二轮6向一个方向同步转动，能使第一绳索7的缠绕量减少而增加第一机翼1的悬挂长度、第二绳索8的缠绕量增加而减少第二机翼2的悬挂长度；在第二种状态下，驱动第一轮和第二轮的同步转动方向和第一种状态中相反，第一机翼1和第二机翼2的悬挂长度变化方向和第一种状态中相反。

承重差动机构的第二种局部实施方式是，承重差动机构3包括：能够进行双向转动的滑轮，悬挂0包括绳索，绳索绕过滑轮，绳索的一端与第一机翼1相连接，绳索的另一端与第二机翼2相连接，从而使第一机翼1的悬挂被另外的传动所下拉而变短时，能通过滑轮的从动旋转而间接地放松第二机翼2的悬挂而使其变长，或第二机翼2的悬挂被另外的传动所下拉而变短时，能通过滑轮的从动旋转而间接地放松第一机翼1的悬挂而使其变长。

承重差动机构的第三种局部实施方式是，承重差动机构3包括：能够进行双向转动的齿轮35，悬挂包括第一柔性齿条或链条，第一柔性齿条或链条绕过齿轮并和齿轮相啮合，第一柔性齿条或链条的一端与第一机翼1相连接，第一柔性齿条或链条的另一端与第二机翼2相连接。

承重差动机构的第四种局部实施方式是，承重差动机构3包括：能够进行双向转动的齿轮35和导向装置38，悬挂0包括：第一齿条36、第二齿条37，第一齿条36和第二齿条37设置在齿轮35的两侧，与齿轮35相啮合，第一齿条36、第二齿条37和齿轮35均设置在导向装置38中，从而对第一齿条36、第二齿条37进行限位和导向，第一齿条36的上端与第一机翼1相传动连接，第二齿条37的上端与第二机翼2相传动连接。

本实用新型并没有把对悬挂变长的驱动作用作为承重差动机构的基本特性。下面给出驱动和差动的传动关系的两种局部实施方式。无论采用何种实施方式，悬挂变长驱动都应兼有对悬挂长度的约束作用，包括无动力输出的滑翔状态也要保持对悬挂长度的约束，而不能任由气动力的扰动通过承重差动机构而自由改变悬挂长度。

驱动和差动的传动关系的第一种局部实施方式是，通过承重差动机构同时驱动两翼的悬挂变长，采用这种方式时的承重差动机构为主动型承重差动机构。对于承重差动机构的第一种局部实施方式，动力可以直接驱动承重差动机构3的第一轮5和第二轮6同步转动，再由第一轮5和第二轮6分别带动第一绳索7和第二绳索8以差动地改变缠绕量的方式差动地改变悬挂长度；对于承重差动机构的第三种局部实施方式，动力可以直接驱动承重差动机构3的齿轮35，再由齿轮35分别带动第一柔性齿条或链条差动地改变悬挂长度。对于承重差动机构的第四种局部实施方式，动力可以直接驱动承重差动机构的齿轮35，再由齿轮35分别带动第一齿条36和第二齿条37差动地改变悬挂长度。承重差动机构的第二种局部实施方式，由于绕过滑轮的绳索容易因打滑而失步，而悬挂变长驱动同时要兼有悬挂长度约束功能，故不适于作为主动型承重差动机构。

驱动和差动的传动关系的第二种局部实施方式是，动力直接驱动(例如拉动)第一机翼1的悬挂0的长度变化，再通过承重差动机构3间接带动第二机翼2的悬挂0的长度反向变化；或动力直接驱动(例如拉动)第二机翼2的悬挂0的长度变化，再通过承重差动机构3间接带动第一机翼1的悬挂0的长度反向变化。采用这种方式时的承重差动机构3为半主动型承重差动机构。承重差动机构3的第二种局部实施方式只能作为半主动型承重差动机构。需要指出的是，承重差动机构的上述四种局部实施方式都可以作为半主动型承重差动机构，都在本实用新型技术内容的范围之内。

悬挂长度变化速度矢量和差动变载扑翼整体飞行速度矢量的合速度矢量方向为翼轨迹线方向，悬挂长度的变化只是改变翼轨迹线升降角。根据定义，攻角＝翼俯仰角-翼轨迹升降角，翼轨迹线方向只是攻角的起始边，翼弦线则是攻角的终边。控制翼俯仰角的目的是使第一机翼的弦线和第二机翼的弦线分别相对于各自不同的翼轨迹而形成各自不同的攻角。

扑翼的翼俯仰角控制所形成的攻角控制同时兼有两类作用，第一类作用和传统固定翼飞行器类似，用于控制和改变整体飞行航线的升降角，这由非周期性变化的俯仰角成分所实现；第二类作用是扑翼飞行器特有的，用于既要使翼弦线的角度跟随翼轨迹线的角度而变化，又要形成上滑攻角和下滑攻角的差别，这是周期性变化的翼俯仰角成分所实现。对于差动变载扑翼，更要同时控制两个机翼在各自不同翼轨迹线上的不同攻角。差动变载扑翼的非周期性变化的翼俯仰角成分是两翼共同的，而周期性变化的翼俯仰角成分即差动俯仰角则是两翼相反的。

翼攻角的实际控制必须是在相关物理量实时反馈条件下的动态闭环控制，有两类方式，第一类是由电子测量和控制系统进行实时闭环控制，第二类是由人工操作根据反馈力和训练经验进行实时控制。本实用新型只给出翼俯仰角可调的结构机制，而未深入涉及控制。

翼俯仰角控制的第一种局部实施方式是，差动变载扑翼还包括：连接在悬挂0和第一机翼1之间的第一角度控制器40、连接在悬挂0和第二机翼2之间的第二角度控制器41，第一角度控制器40用于控制第一机翼1的翼俯仰角，第二角度控制器41用于控制第二机翼2的翼俯仰角。主要适用于单点的或单横排的硬悬挂和电子自动控制。

翼俯仰角控制的第二种局部实施方式是，承重差动机构包括第一承重差动机构11、第二承重差动机构12，第一承重差动机构11至少为一个，其横向一线设置并通过悬挂连接第一机翼1和第二机翼2的前缘各对应点，第二承重差动机构12至少为一个，其横向一线设置并悬挂连接第一机翼1和第二机翼2的后缘各对应点，从而使在同时驱动第一机翼1的整体悬挂变长和第二机翼2的整体悬挂变长的周期性变化过程中，对前缘悬挂变长的驱动和对后缘悬挂变长的驱动的异步量能控制形成第一机翼1和第二机翼2相对于基准平面的反向的差动俯仰角。

图5为本实用新型用前后缘悬挂变长的小异步量来形成差动俯仰角的局部实施方式的原理性示意图，即上述翼俯仰角控制的第二种局部实施方式示意图。如图5所示，承重差动机构3包括：连接第一机翼1前缘和第二机翼2前缘的第一承重差动机构11；连接第一机翼1后缘和第二机翼2后缘的第二承重差动机构12。可以采用承重差动机构的任何一种局部实施方式，也可以采用驱动和差动的传动关系的任何一种局部实施方式。这种区分前后缘分别设置承重差动机构的方式使得前缘悬挂变长和后缘悬挂变长之间可以有异步量。在前半周期的第一种状态中，第一机翼1的前缘悬挂0的长度和后缘悬挂0的长度都在变长，第二机翼2的前缘悬挂0的长度和后缘悬挂0的长度都在变短，当前缘悬挂长度的变化相位超前于后缘悬挂长度的变化相位时，由相位差产生的悬挂长度变化幅度的异步差就同时形成了第一机翼1的前高后低和第二机翼2的前低后高，第一机翼1相对于基准平面形成了正的差动俯仰角，第二机翼2相对于基准平面形成了负的差动俯仰角。在后半周期的第二种状态中，第一机翼1的前缘悬挂0的长度和后缘悬挂0的长度都在变短，第二机翼2的前缘悬挂0的长度和后缘悬挂0的长度都在变长，当前缘悬挂长度的变化相位同样超前于后缘悬挂长度的变化相位时，由相同于第一种状态时的相位差产生的悬挂长度变化幅度的异步差就同时形成了第一机翼1的前低后高和第二机翼2的前高后低，第一机翼1相对于基准平面形成了负的差动俯仰角，第二机翼2相对于基准平面形成了正的差动俯仰角。根据定义，翼俯仰角＝差动俯仰角+基准平面俯仰角，所以控制了差动俯仰角和基准平面俯仰角，就同时控制了第一机翼1的俯仰角和第二机翼2的俯仰角。其中的差动俯仰角是周期性变化的、两翼相反的俯仰角成分，而基准平面俯仰角是非周期性变化的、两翼相同的俯仰角成分。由于前后缘驱动异步差能同时形成两翼的反向的差动俯仰角，即用一个操控自由度就能同时操控两翼俯仰角的周期性反向变化，形成了两翼之间的耦合控制。这对人工操作尤为适用。

基准平面角度控制包括基准平面俯仰角控制和基准平面横滚角控制。

基准平面角度控制的第一种局部实施方式，是在相对于基准平面不动的机械部位固定连接尾翼10，靠尾翼10的活动翼片产生的气动作用来控制基准平面的各个角度。

基准平面角度控制的第二种局部实施方式，是在相对于基准平面不动的机械部位下方，角度可变地悬挂连接主载荷4(例如用万向球轴承18连接或柔性连接)，依托主载荷4的重力线控制和改变基准平面的俯仰角和横滚角。

机翼布局的第一种局部实施方式是，能反相位垂直运动的第一机翼1和第二机翼2沿水平方向设置，第二机翼2至少为两个，至少一个第二机翼2位于第一机翼1的一侧，至少一个第二机翼2位于第一机翼1的另一侧。这种横向布局方式只适宜使用承重差动机构的第一种局部实施方式、驱动和差动关系的第一种实施方式、翼俯仰角控制的第二种实施方式。

机翼布局的第二种局部实施方式是，能反相位垂直运动的第一机翼1和第二机翼2沿垂直方向设置。这种垂直布局方式适宜使用承重差动机构的各种局部实施方式、驱动和差动关系的各种局部实施方式、翼俯仰角控制的各种局部实施方式。

在机翼布局的两种局部实施方式中，第一机翼1的总合气动特性和第二机翼2的总和气动特性应尽量相同，第一机翼1的总气动中心和第二机翼2的总气动中心应尽量在同一垂直轴线上。

动力源的第一种局部实施方式是机器动力。动力源的第二种局部实施方式是人工动力。不排除机器动力和人工动力的混合动力方式。

从以上多种局部实施方式中，可以组合形成多种不同的差动变载扑翼。以下仅举三个组合实施的例子进行说明，但不排除其它组合实施方式。

图6为本实用新型差动变载扑翼第一个组合实施例示意图。在本组合实施例中，采用了承重差动机构的第四种局部实施方式、驱动和差动关系的第一种局部实施方式、翼俯仰角控制的第一种局部实施方式、机翼布局的第二种局部实施方式。如图6所示，在第一个组合实施例中，差动变载扑翼可以包括：第一机翼1；第二机翼2；连接第一机翼1和第二机翼2的悬挂；安装在第一机翼1和悬挂0之间的第一角度控制器40，安装在第二机翼2和悬挂0之间的第二角度控制器41；承重差动机构3。其中，第一机翼1和第二机翼2沿垂直方向设置。第一机翼1和第二机翼2的气动中心在同一垂轴上。第一机翼1的悬挂杆可以从第二机翼2中间的开孔处穿过。

在本实施例中，承重差动机构3包括：能够进行双向转动的齿轮35和导向装置38，悬挂0包括：第一齿条36、第二齿条37。第一齿条36和第二齿条37设置在齿轮35的两侧，与齿轮35相啮合。第一齿条36、第二齿条37和齿轮35均设置在导向装置38中，从而对第一齿条36、第二齿条37进行限位和导向。第一齿条36的上端与第一机翼1相传动连接，第二齿条37的上端与第二机翼2相传动连接。当驱动齿轮35沿一个方向转动时，第一齿条36向上运动，第一机翼1的高度升高，第一机翼1的垂直运动和差动变载扑翼的整体前飞运动合成的第一机翼1的翼轨迹线的升降角为正值；第二齿条37向下运动，第二机翼2的高度降低，第二机翼2的垂直运动和差动变载扑翼的整体前飞运动合成的第二机翼2的翼轨迹线的升降角为负值。当驱动齿轮35沿另一个方向转动时，第一齿条36向下运动，第一机翼1的高度降低，第一机翼1的垂直运动和差动变载扑翼的整体前飞运动合成的第一机翼1的翼轨迹线的升降角为负值；第二齿条37向上运动，第二机翼2的高度升高，第二机翼2的垂直运动和差动变载扑翼的整体前飞运动合成的第二机翼2的翼轨迹线的升降角为正值。通过上述方式，当往复地驱动齿轮35转动时，第一机翼1和第二机翼2至承重差动机构3的悬挂的长度的变化方向相反，变化量相等，形成第一机翼1和第二机翼2的高度在垂直运动的差动，进而使得第一机翼1的翼轨迹升降角和第二机翼2的翼轨迹升降角相对于差动变载扑翼整体飞行方向反向对称。在此基础上，通过第一角度控制器40周期性地动态改变第一机翼1的翼俯仰角，通过第二角度控制器41周期性地动态改变第二机翼2的翼俯仰角，分别形成各自所需要的翼弦线和翼轨迹线之间的攻角。在该实施方式中，齿轮35的轴承和导向装置38连接至下部的主载荷4。

图7为本实用新型差动变载扑翼第二个组合实施例示意图。在本组合实施例中，采用了承重差动机构的第一种局部实施方式、驱动和差动的传动关系的第一种局部实施方式、翼俯仰角控制的第二种局部实施方式、基准平面角度控制的第一种局部实施方式、机翼布局的第一种局部实施方式。如图7所示，差动变载扑翼可以包括：第一机翼1；第二机翼2；连接第一机翼1和第二机翼2的悬挂0；承重差动机构3。其中，第一机翼1和第二机翼2沿水平方向设置。为了使飞行器机翼上的受力平衡，第二机翼2至少为两个，至少一个第二机翼2位于第一机翼1的一侧，至少一个第二机翼2位于第一机翼1的另一侧。该处不排除第一机翼1为奇数个，第二机翼2为偶数个，左右对称而交替穿插地配置。承重差动机构3分为前排的第一承重差动机构11和后排的第二承重差动机构12，安装于同一个平面上，第一机翼1、第二机翼2上相应分布的连接点通过悬挂0与承重差动机构3相连接。

在本组合实施例中，由于采用承重差动机构的第一种局部实施方式，分别对应于第一机翼和第二机翼的第一轮5和第二轮6可以沿其轴线拉开距离，所以可以适合两个机翼的横向布局。第一承重差动机构11包括横向固定连接在轴9上的第一轮5和第二轮6，第一轮5分为多个，通过悬挂0连接第一机翼1的前缘各对应点，第二轮6也分为多个，通过悬挂0连接第二机翼2前缘各对应点。悬挂0包括：多根第一绳索7和多根第二绳索8。每根第一绳索7的一端连接在第一机翼1的前缘，每根第一绳索7的另一端固定并部分缠绕在第一轮5上，每根第二绳索8的一端连接在第二机翼2的前缘，每根第二绳索8的另一端固定并部分缠绕在第二轮6上，第一绳索7在第一轮5上的缠绕方向与第二绳索8在第二轮6上的缠绕方向相反，当驱动轴9转动时，固定连接于轴9的第一轮5和第二轮6同步同方向转动，第一绳索7卷绕到第一轮5上，第二绳索8从第二轮6上放出；或者第二绳索8卷绕到第二轮6上，第一绳索7从第一轮5上放出。于是，通过第一轮5和第二轮6的往复转动，第一机翼1的前缘和第二机翼2的前缘至承重差动机构3的悬挂的长度的变化方向相反，变化量相等，形成第一机翼1的前缘高度和第二机翼2的前缘高度的差动。后排的第二承重差动机构12及其悬挂连接方式，除了其连接点都在翼的后缘之外，和前排的第一承重差动机构11及其悬挂连接方式相同。

在本组合实施例中，采用翼俯仰角控制的第二种局部实施方式，由于第一承重差动机构11通过悬挂0连接第一机翼1和第二机翼2的前缘各对应点，第二承重差动机构12通过悬挂0连接第一机翼1和第二机翼2的后缘各对应点，这种区分前后缘分别设置承重差动机构的方式使得前缘悬挂变长和后缘悬挂变长之间可以有异步量，在前半周期的第一种状态下，在第一承重差动机构11和第二承重差动机构12的转动共同使第一机翼1整体地升高、第二机翼2整体地降低的同时，通过第一承重差动机构11的驱动相位超前于第二承重差动机构12的驱动相位的较小相位差而形成的悬挂变长的幅度差，使得第一机翼1形成相对于基准平面前高后低的正值差动俯仰角，第二机翼2形成相对于基准平面前低后高的负值差动俯仰角。在后半周期的第二种状态下，在第一承重差动机构11和第二承重差动机构12的转动共同使第一机翼1整体地降低、第二机翼2整体地升高的同时，通过第一承重差动机构11的驱动相位超前于第二承重差动机构12的驱动相位的和第一种状态中相同的相位差而形成的悬挂变长的幅度差，使得第一机翼1形成相对于基准平面前低后高的负值差动俯仰角，第二机翼2形成相对于基准平面前高后低的正值差动俯仰角。

在本组合实施例中，如图7所示，第一承重差动机构11的轴9的轴承和第二承重差动机构12的轴的轴承安装在主载荷4上。差动变载扑翼还可以包括：具有能活动翼片的尾翼10，尾翼10可以用于控制差动变载扑翼基准平面的俯仰角和横滚角。

图8为本实用新型差动变载扑翼第三个组合实施例示意图。在第三个组合实施例中，采用了承重差动机构的第二种局部实施方式、驱动和差动的传动关系的第二种局部实施方式、翼俯仰角控制的第二种局部实施方式、基准平面角度控制的第二种局部实施方式、机翼布局的第二种局部实施方式，并采用人工动力源。如图8所示，差动变载扑翼可以包括：第一机翼1；第二机翼2；连接第一机翼1和第二机翼2的悬挂0；承重差动机构3。其中，第一机翼1和第二机翼2沿垂直方向设置。在该实施例中，采用承重差动机构的第二种局部实施方式即滑轮结构，承重差动机构为四个，包括：对应于第一机翼1和第二机翼2前缘第一侧的第一承重差动机构11、对应于第一机翼1和第二机翼2前缘第二侧的第一承重差动机构11、对应于第一机翼1和第二机翼2后缘第一侧的第二承重差动机构12、对应于第一机翼1和第二机翼2后缘第二侧的第二承重差动机构12，第一侧和第二侧为相反侧。悬挂0可以包括：4根第一绳索7，其分别与四个承重差动机构一一匹配，每根绳索绕过承重差动机构的滑轮，一端连接第一机翼1、另一端连接第二机翼2。

在本组合实施例中，第一承重差动机构11、第二承重差动机构12的滑轮轴承连接在支架39上，支架的下端设置有底座33，支架和底座之间可以用万向球轴承18连接。固定连接于底座的操作员可以用手臂改变支架39相对于身体的俯仰角和横滚角(可从支架39延伸出符合人体工程学的操纵杆)，即可改变基准平面相对于主载荷重力线的俯仰角和横滚角，从而操控差动变载扑翼的航线升降角和航向。即基准平面角度控制的第二种实施方式。

在本组合实施例中，采用了驱动和差动的传动关系的第二种局部实施方式，下述驱动的传动部分和上述承重差动机构是相对分离的。差动变载扑翼还可以包括：能交替前后运动并进行转动的第一踏板19、第二踏板20、第一拉索25、第二拉索26、第三拉索27、第四拉索28、第一变向变速器29、第二变向变速器30、第三变向变速器31、第四变向变速器32。第一拉索25的上端分支连接在第一机翼1前缘的第一侧和第一机翼1前缘的第二侧，第一拉索25的下端与第一变向变速器29相传动连接，第一变向变速器29与第一踏板19的一端相传动连接。第二拉索26的上端分支连接在第一机翼1后缘的第一侧和第一机翼1后缘的第二侧，第二拉索26的下端与第二变向变速器30相传动连接，第二变向变速器30与第一踏板19的另一端相传动连接。第三拉索27的上端分支连接在第二机翼2前缘的第一侧和第二机翼2前缘的第二侧，第三拉索27的下端与第三变向变速器31相传动连接，第三变向变速器31与第二踏板20的一端相传动连接。第四拉索28的上端分支连接在第二机翼2后缘的第一侧和第二机翼2后缘的第二侧，第四拉索28的下端与第四变向变速器32相传动连接，第四变向变速器32与第二踏板20的另一端相传动连接。第一侧和第二侧为相反侧。上述传动连接可以通过绳索进行。综上，第一踏板19能驱动并约束第一机翼1的悬挂长度，其中第一踏板19的一端能驱动并约束第一机翼1的前缘的悬挂长度，第一踏板19的另一端能驱动并约束第一机翼1的后缘的悬挂长度；第二踏板20能驱动并约束第二机翼2的悬挂长度，其中第二踏板20的一端能驱动并约束第二机翼2的前缘的悬挂长度，第二踏板20的另一端能驱动并约束第二机翼2的后缘的悬挂长度。

在本组合实施例中，操作员的双脚可以分别踏在第一踏板19和第二踏板20上，当一只脚踏出使得第一踏板19伸出时，第一踏板19带动第一机翼1的高度降低，通过第一绳索7和半主动型的第一承重差动机构11的滑轮、第二承重差动机构12的滑轮，间接地放松第二机翼2的悬挂长度而使第二机翼2在气动升力作用下升高，第二机翼2的升高又反传动到第二踏板20，使第二踏板20后缩。当另一只脚踏出使得第二踏板20伸出时，第二踏板20带动第二机翼2的高度降低，通过第一绳索7和半主动型的第一承重差动机构11的滑轮、第二承重差动机构12的滑轮，间接地放松第一机翼1的悬挂长度而使第一机翼1在气动升力作用下升高，第一机翼的升高又反传动到第一踏板19，使第一踏板19后缩。由于高度降低的机翼的悬挂拉力要大于高度升高的机翼的悬挂拉力，所以操作员只需用踏出的一只脚用力，而另一只后缩的脚可以放松。

本组合实施例采用了翼俯仰角控制的第二种局部实施方式，即用前后缘悬挂变长驱动异步差来形成差动俯仰角。第一承重差动机构11作为前排的承重差动机构，第二承重差动机构12作为后排的承重差动机构，这种区分前后缘分别设置承重差动机构的方式使得前缘悬挂变长和后缘悬挂变长之间可以有异步量。第一踏板19的一端和第二踏板20的一端可分别驱动第一机翼1的前缘和第二机翼2的前缘，第一踏板19的另一端和第二踏板20的另一端可分别驱动第一机翼1的后缘和第二机翼2的后缘，所以，第一踏板19两端的前伸量之差和第二踏板20两端的前伸量之差，就是前后缘悬挂变长驱动的异步差，能同时形成两翼相反的差动俯仰角。当一只脚踏出使得第一踏板19伸出时，前脚掌先用力，脚尖偏前、脚跟偏后地踩踏板，该踏板驱动的第一机翼1的前缘低于后缘，相对于基准平面的差动俯仰角为负值，继而通过承重差动机构使第二机翼2的前缘高于后缘，相对于基准平面的差动俯仰角为正值。当另一只脚踏出使得第二踏板20伸出时，前脚掌先用力，脚尖偏前、脚跟偏后地踩踏板，该踏板驱动的第二机翼2的前缘低于后缘，相对于基准平面的差动俯仰角为负值，继而通过承重差动机构使第一机翼1的前缘高于后缘，相对于基准平面的差动俯仰角为正值。

在本组合实施例中，变向变速器的传动比是机翼悬挂变长的行程和蹬腿行程之比，用于增大悬挂变长的行程。对于人力驱动的情况，可以对第一踏板19和第二踏板20安装弹性定位装置，使得两脚都放松时第一机翼1和第二机翼2都平行于基准平面。例如，在变向变速器之间加装双向弹簧，或者在第一踏板19和第二踏板20处安装双向弹簧。

在本组合实施例中，底座33上还可以安装有用于承重的差动滑轮34，差动滑轮34上绕设有绳索，绳索的两端分别与第一踏板19和第二踏板20相连接。差动滑轮34可以在双脚放松时，拉住第一踏板19和第二踏板20。

在本组合实施例的基础上，为了改变用于驱动的拉索的排布和路径，差动变载扑翼还可以包括：变向滑轮，变向滑轮可以为多个，拉索绕过变向滑轮从而形成路径折点。例如，为了提高第一拉索25的两侧分支、第二拉索26的两侧分支、第三拉索27的两侧分支、第四拉索28的两侧分支对第一机翼1和第二机翼2的横滚角约束效果，并且减少支架39的俯仰角变化和横滚角变化和悬挂变长之间的耦合干扰，可以把第一拉索25的两侧分支、第二拉索26的两侧分支、第三拉索27的两侧分支、第四拉索28的两侧分支都分别经过支架39的对应端点后转向支架39的中心附近再转向下后，再分别汇集。

本申请中的差动变载扑翼还可以采用其它组合以形成相对应的实施例，任何本申请所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施例的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

本申请中差动变载扑翼应用领域可以如下：1、低能耗飞行。除了小变载扑翼原理所具有的高效率以外，相对于固定翼飞行器，本申请没有专门的推力装置，也没有推力线产生的结构问题。简化结构也是减重而降低能耗的重要因素。因此可以用于体育和娱乐的人力扑翼，长航时无人机等。2、低噪音飞行。如无人侦察、载人偷袭、动物考察等。3、变气密飞行。由于本申请是升推一体的，对空气密度变化的适应范围很大，而且结构简单，适合于超高空平流层飞行。4、低成本飞行器。通过简化结构而显著降低飞行器的成本，从而可以开拓某些主要受限于飞行器购置成本的新应用领域。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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差动变载扑翼论文和设计

差动变载扑翼论文和设计-魏朝阳

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