飞行伞的制作方法
【专利摘要】本实用新型公布了一种飞行伞：应用于飞行或安装在飞行器上辅助飞行的伞形装置。以电机或气缸或发动机、机械传动件、控制电路或气路，构成往复运动驱动器，驱动撑伞或收伞动作的传动件，传动伞面往复运动。伞面是飞行的“翅膀”，扇动空气产生升力，相对运动固定件连接负载，承载飞行。飞行伞简单灵活，垂直起降，能用电池电源，运动噪声低，展开面积大-扇风效率高，收伞体积小-便于携带。适用范围广，能安装或搭载在飞行器上，特别适用小型高速飞行器，作为垂直起降等辅助飞行装置：起飞收伞后隐蔽收藏，无空气阻力，不影响飞行速度。紧急情况时开启，帮助飞行器减速-垂直降落。也可作为弹性屏障，防撞缓冲，增加一层安全保障。
【专利说明】
飞行伞
技术领域
[0001]本发明涉及一种飞行伞。是一种应用于飞行或安装在飞行器上辅助飞行的伞形装置。
【背景技术】
[0002]自然界，鸟类和某些昆虫(蝴蝶、蜜蜂等)依靠翅膀，能自由的在空中飞行。而人类天生没有翅膀不能飞行，多在地面活动，实现自由飞行是人类的愿望。经过科学家的探索和发明，现在人类终于可以借助于各种飞行器飞上了天空，但是这样的飞行还不能说是简单自由的飞行。人类能够长上翅膀象鸟类一样自由飞行吗?很多前辈做了各种尝试，在身体上安装仿真翅膀，模拟鸟类飞行，可惜都没有取得完全的成功。所以时至今日，人类还没有实现真正意义上的简单自由飞行。分析鸟类和会飞昆虫飞行的奥秘:利用高频次的扇动翅膀排开空气，产生浮力，升离地面。鸟类的翅膀比昆虫复杂，能自由的展开和收起，上面的羽毛有风门作用(翅膀向下时撑紧-挡风，向上时放松-透风)，翅翼还有空气动力学的原理，在飞行中，鸟类能自然熟练的控制。这些普通人依靠人力不易实现，所以仿真翅膀很难成功。不过，人类应该还是有办法实现简单自由飞行的。人类生活中，伞形结构同样具有鸟类翅膀的展开和收起的功能:展开面积大，收回体积小，只要赋予伞形装置:足够的动力，高频率驱动撑伞-收伞动作，就能产生鸟类扇翅的效果，相同长度(半径)尺寸下，伞形展开面积大于翅膀的展开面积，并且伞形装置比左右两个翅膀容易控制的多(双翅是双轴控制，伞形是单轴控制)，经过与鸟类翅膀-身体比例和扇翅频率分析、比对和计算，伞形装置完全能够适用于低空飞行。再加以辅助设计:使用弹性伞面或片式重叠伞面，保持伞面伸展-收缩的运动中伞面平整，增加扇风效果。在伞面上设计许多活动小风门，模仿羽毛的(挡风-透风)作用等，人类的简单自由低空飞行可以期待
[0003]伞形飞行可行性分析:飞行的第一步，也是最关键的一步是起飞，一旦离开地面，其它都容易做到了。鸟类和会飞昆虫(蝴蝶、蜜蜂等)的起飞主要依靠高频率扇动翅膀，所以，起飞的两个基本要素是:1.有一定展开面积的翅膀，2.能够高频率的扇动翅膀。观察鸟类的身体和翅膀的长度尺寸比例，通常是1:1至1:3，翅膀越大，维持飞行的扇动频率可以越低;扇翅的行程越长-扇风量越大，扇动频率也可以越低。查资料，通常鸟类的扇翅频率约是20次/秒至50次/秒。飞行专家蜂鸟最快，约是60次/秒。会飞昆虫扇翅频率差别很大，蝴蝶最低，约是15次/秒，蜜蜂约是300次/秒(超过100次/秒，有嗡声)，差别原因主要是身体和翅膀的面积尺寸比例差别大。也可以目视观察经验判断:当变化频率超过24次/秒时(电影/幻灯胶片播放频率)，人眼已经完全看不清变化过程。人能看清蝴蝶飞舞-扇翅频率明显低于24次/秒，能模糊看到鸟类(例如:天鹅)起飞时翅膀的挥动-扇翅频率略低于24次/秒。由此推断:在通常1:1至1:3比例翅膀面积下，起飞扇翅频率至少需要20次/秒。翅膀对比伞形展开面积:相同长度(直径)尺寸下，两只翅膀的展开面积之和小于伞形的展开面积，约是1:3，由此推断:伞形的扇风效果约是两只翅膀之和的3倍。综合考虑:按照普通人身高小于2m、身高-伞直径比例1: 1、扇风效果1: 3、方便携带等因素，取伞形直径为2米，扇动频率20次/秒，应该能够满足起飞的需求。以上只是按最低要求估算，为计算方便进行举例。对于起飞的两大要素相关的伞形直径和扇动频率都还留有很大的增加空间余量
[0004]—.电机驱动器的简单估算:通常电机转速约是1000转/分至6000转/分。为方便计算，取近中间值3600转/分，S卩60转/秒。根据普通三折和四折伞结构，伞形的撑杆支点约在伞面外径的近1/3至1/4处，由于飞行伞的伞骨和伞面强度高，取1/4处。又根据三角形比例关系:如果伞外径边缘上或下运动幅度1.5米，则撑杆套筒上或下的单向运动距离=1.5/3=
0.5米，即500mm，上下往复运动I次(I个周期)的运动距离是2*500=1000mm
[0005]1.齿轮-齿条传动:按每秒行走路程列等式计算:周期运动距离*扇动频率=齿轮周长*电机转速，_>齿轮周长=周期运动距离*扇动频率/电机转速=1000*20/60=333mm，齿轮周长=Ji*齿轮直径，->齿轮直径=周长/11=333/3.14=106mm，即齿轮直径约106mm就能满足需要。如果要增大行程距离，只需要增大齿轮直径或提高电机转速，对于齿轮直径和电机转速都还留有很大的增加空间余量。如果齿轮和齿条同时相对运动，能提高效率，也可以减小齿轮直径
[0006]还可以倒推估算:设，单向扇动I个行程=齿轮旋转I圈，上下(周期)扇动I次行程=齿轮旋转2圈，电机转速60转/秒，扇动频率=电机转速/周期圈数=60/2=30次/秒，估算的扇动频率30次/秒〉假设的最低起飞扇动频率20次/秒，满足起飞要求。需要的齿轮直径=周长/π=500/3.14=1BOmm
[0007]2.丝杆-丝杆套筒(导向)传动:根据扇动频率20次/秒，-〉上下扇动I次(周期)时间= 1/20 = 0.05s，->单向扇动I个行程时间=上下扇动I次时间/2 = 0.025s，取电机速度3600转/分，即60转/秒，->单向扇动I个行程的电机旋转圈数=60*0.025 = 1.5，撑杆套筒单向运动距离约500mm，->丝杆进程=电机旋转I圈的丝杆行走距离=500/1.5=333mm。如果提高电机转速，或者丝杆和丝杆套筒同时相对旋转运动等，也可以减小丝杆进程
[0008]3.凸轮-推杆机构传动:往复运动驱动器的电机不需要正/反方向换向，只需要单向旋转，电机旋转I圈已经是I个周期，包括了上下2个行程。所以，凸轮旋转的最高位和最低位的高差= 500mm，也可以用圆轮或偏心轮，采用凸轮能使上/下行程的速度不同，旋转半径=凸轮最高点至旋转轴中心的距离，250mm〈旋转半径<500mm
[0009]4.曲轴-连杆机构传动:类同凸轮机构，电机旋转I圈是I个周期。旋转的最高位和最低位的高差=500mm，旋转半径=500/2 = 250mm，旋转半径比凸轮机构小，扇动频率=电机转速=60次/秒，因为需要的最低扇动频率20次/秒，所以电机最低转速>20次/秒=1200转/分
[0010]二.气缸驱动器的简单估算:只要选气缸行程500mm，设置气压-单向运动时间〈
0.025s即可
[0011]三.小型发动机驱动器的简单估算:类同(曲轴-连杆)传动，转速>1200转/分
[0012]如上所述:根据伞形代替翅膀的飞行理念，飞行伞的设计并不困难，原理完全可行
[0013]飞行伞的主要优点:简单灵活，垂直起降，飞行噪声低，能够使用电池电源，驱动器小，展开面积大-扇风效率高，收伞体积小-便于携带，能够重复使用，再次起飞准备时间短，经济实用。当今的高速飞机，起飞和降落都需要跑道，垂直起降是发展方向，现有设计是用垂直喷气或添加垂直风扇等技术。垂直喷气只能是特殊设计的机型，通用机型不能添装;添加垂直风扇，起飞后不能收藏，影响飞行速度，不适用高速飞机。当飞机垂直起飞或突发事件紧急降落时，巨型气球和降落伞由于承载尺寸大和无动力控制都不适用。本发明的飞行伞既能辅助垂直起降，又能在起飞后收伞-隐蔽收藏，不影响高速飞行。紧急情况停机时开启，能利用电池电源驱动，帮助飞行器减速-垂直降落。也可能作为弹性屏障，防撞缓冲，多增加一层飞行安全保障。
【发明内容】
[0014]—种飞行伞，应用于飞行或安装在飞行器上辅助飞行的伞形装置，其特征是:往复运动驱动器、传动件、伞面、相对运动固定件、负载。往复运动驱动器是控制动力源、传动件传递动力、伞面是控制对象，也是飞行的“翅膀”。往复运动驱动器连接传动件传动伞面往复运动，伞面扇动空气产生升力，相对运动固定件(相对驱动运动的不动作件)，连接负载，承载飞行，结构包括:伞骨、撑杆、撑杆套筒、伞柄、活动连接
[0015]—、飞行伞的设计:本发明以电机或气缸或发动机、机械传动件、控制电路部件或控制气路部件，构成往复运动驱动器，驱动连接撑伞或收伞动作的传动件，传动伞面往复运动。根据估算:往复运动驱动器运动频率>20次/秒。优先采用电机或气缸或小型发动机，是因为体积小、重量轻，易控制。当然，其他能实现高频率的往复运动驱动器都是符合本发明要求的
[0016]实现伞面往复运动特征的伞结构，通常有三种往复运动的动作类型:1.撑杆套筒固定-伞面中心运动，2.伞面中心固定-撑杆套筒运动，3.伞面中心-撑杆套筒都动作。对于不同的动作类型和连接情况，传动件和相对运动固定件可能有所不同:1.伞面中心运动的传动件通常包括延伸传动的伞柄、撑杆、活动连接和伞骨，相对运动固定件是撑杆套筒及其延伸件，2.撑杆套筒运动的传动件通常包括撑杆套筒和延伸传动的撑杆、活动连接和伞骨，相对运动固定件是伞柄及其延伸件，3.伞面中心-撑杆套筒相对都动作的传动件通常包括延伸传动的伞柄、撑杆套筒、撑杆、活动连接和伞骨，相对运动固定件是伞柄的活动隔离延伸件和撑杆套筒的活动隔离延伸件(例如::外圈轴承滑套或导轨或导套或电机外壳等)
[0017]飞行伞的三种往复运动的动作类型:可以这样理解:一个人手持一把-半撑的伞，左手握撑杆套筒，右手握伞把。1.(撑杆套筒固定-伞面中心运动):左手不动，右手上下动作-伞面上下运动，2.(伞面中心固定-撑杆套筒运动):右手不动，左手上下动作-伞面上下运动，3.(伞面中心-撑杆套筒都动作):左右手同时对应上下动作-伞面上下快速运动。在上述运动中，固定的手相当于相对运动固定件，连接的人体相当于负载;活动的手相当于往复运动驱动器，活动的手和人体(负载)之间的关节联系相当于活动隔离延伸件，也可以认为负载自带驱动器
[0018]实现伞面往复运动特征的飞行伞，以伞面的上下为基准，根据撑杆系统和驱动器及负载位置，能有27种组合形式:(上，下:表示相对于伞面的位置)
[0019]1.撑杆系统在下:驱动器在上-负载在上/下/上和下-3种
[0020]2.撑杆系统在下:驱动器在下-负载在上/下/上和下-3种[0021 ] 3.撑杆系统在下:驱动器在上和下-负载在上/下/上和下-3种
[0022]4.撑杆系统在上:驱动器在上-负载在上/下/上和下-3种
[0023]5.撑杆系统在上:驱动器在下-负载在上/下/上和下-3种
[0024]6.撑杆系统在上:驱动器在上和下-负载在上/下/上和下-3种
[0025]7.撑杆系统在上和下:驱动器在上-负载在上/下/上和下-3种
[0026]8.撑杆系统在上和下:驱动器在下-负载在上/下/上和下-3种
[0027]9.撑杆系统在上和下:驱动器在上和下-负载在上/下/上和下-3种
[0028]根据实际应用需要，伞形结构可以变通:隐形伞面中心和隐形撑杆套筒，都符合伞形原理
[0029]采用伞面上下双撑杆系统结构，能加强伞形结构的强度
[0030]采用双驱动器或多驱动器结构，可以平衡驱动-减少震动和抖动，并提高驱动能力
[0031]二、飞行伞的辅助设计:
[0032]1.伞面的往复运动，除了使用驱动器提供动力外，弹簧或弹性伞骨或弹性伞面能提供助力，辅助复原运动，起补充作用
[0033]2.伞骨采用伸缩机构，例如:导套、滑轨等，配合伞面折叠，用于扩大伞面或缩小携带尺寸
[0034]3.在伞面上下运动中，保持伞面平整，能有效提高兜风量，也方便控制
[0035]4.伞面使用弹性材料，利用伞面自身弹性的伸展或收缩，运动中保持伞面平整
[0036]5.伞面采用片式重叠结构，类似可折叠蒸盘，隐形伞面中心是一个平面，平面周边活动连接多片滑片，每个滑片都交错重叠，撑杆运动带动滑片-改变滑片重叠部分的大小，使伞面伸展或收缩，运动中保持伞面平整
[0037]6.伞面设计适合飞行的空气动力学上/下表面:装饰或喷涂适合飞行原理的材料或形状。例如:伞面上表面光滑无阻力，伞面下表面设计垂直于半径方向的横纹-兜风，增加扇风效果
[0038]7.伞面设计很多小风门，类似鸟类的羽毛，具有(挡风-透风)功能，伞面向下运动中-风门关闭(挡风)_增大扇风量，伞面向上运动中-风门开启(透风)_减小空气阻力
[0039]三、飞行伞的操控:
[0040]1.设置最低安全扇风频率，辅助控制风门，缓慢降落，保障安全[0041 ] 2.设置最高安全扇风频率，限制飞行高度，保障安全
[0042]3.设置-可记忆的维持平行扇风频率，保持空中静止高度
[0043]4.根据起飞/降落/飞行高度的需要，设置专用程序，采用非对称的上/下行程运动，(例如:起飞-伞面上区行程小，下区行程大;降落-伞面上区行程大，下区行程小)
[0044]5.操纵杆控制伞形倾斜方向-控制飞行方向
[0045]6.控制某方向伞面风门的开/关/运动限位-调整飞行方向，等等
[0046]由于操控主要是起飞后的控制，现代技术已经有很多方法实现，本发明不再过多描述
[0047]四、飞行伞的扩展应用:
[0048]飞行伞的伞形结构能安装或搭载在飞行器上，利用伞形结构展开面积大，收起体积小的优点，作为垂直起降等辅助飞行装置:起飞收伞后，可以隐蔽收藏，伞尖迎风阻力小，也能挂载携带。紧急降落时，从隐蔽位置开启飞行保护伞减速，也可能作为弹性屏障，防撞缓冲，提高飞行安全保障。例如:最简单应用-安装在飞机起落架上的飞行伞，起飞和降落时展开起辅助作用，起飞后收伞随起落架收藏，不影响飞行速度。紧急情况降落时伞展开-减速，并能作为弹性屏障，防撞缓冲，多增加一层安全保障。飞行伞的优点特别适用于小型高速飞行器，平时可以隐蔽收藏在飞行器的顶部、底部、前部和尾部及两翼内部，遭遇发动机停车等紧急情况(小型高速飞行器通常是单发动机)时，从隐蔽位置(顺序)开启-展开飞行伞，减速后，利用电池电源驱动飞行伞，实现垂直降落，保障飞行员和飞行器的安全。
【附图说明】
[0049]图1是飞行伞的结构连接控制关系原理图:I是往复运动驱动器，2是传动件，3是伞面，4是相对运动固定件，5是负载。往复运动驱动器I是控制动力源，传动件2传递动力，伞面3是控制对象，也是飞行“翅膀”。相对运动固定件4是相对于驱动运动不动作的部件，负载5是飞行的承载物，可以是人或物体。往复运动驱动器I连接传动件2，传动伞面3往复运动，往复运动驱动器I或传动件2连接相对运动固定件4，相对运动固定件4连接负载5，承载飞行。原理图只表示连接控制关系，不代表具体的安装位置
[0050]图2是常用撑伞的结构图:I是伞面，2是伞柄，3是伞把，4是撑杆套筒，5是活动连接，6是撑杆，7是伞骨，8是伞尖。参与撑伞运动的部件是撑伞传动件，不参与撑伞运动的部件是撑伞的相对运动固定件;参与收伞运动的部件是收伞传动件，不参与收伞运动的部件是收伞的相对运动固定件
[0051 ]图3是平衡面和运动区域的示意图:伞面I的夹角a=180°时，是平衡面。在平衡面上方的运动区域，是伞面运动上区(I);在平衡面下方，是伞面运动下区(2)。图示是撑杆系统(撑杆2和撑杆套筒3)在伞面I下方时，平衡面和运动区域的示意图
[0052]图4是撑杆系统(撑杆2和撑杆套筒3)在伞面I上方时，平衡面和运动区域的示意图
[0053]图5是不对称行程运动示意图:当伞面I非对称运动时，根据需要，伞面运动上区
(I)和伞面运动下区(2)可以不同，甚至可以没有伞面运动上区或运动下区。例如:起飞时，可以伞面运动上区(I)小-下区(2)大
[0054]图6是不对称行程运动示意图:当伞面I非对称运动时，根据需要，伞面运动上区
(I)和伞面运动下区(2)可以不同，甚至可以没有伞面运动上区或运动下区。例如:降落时，可以伞面运动上区(I)大-下区(2)小
[0055]图7是(撑杆套筒固定-伞面中心运动)动作类型的示意图:撑杆套筒4作为相对运动固定件，伞面中心运动通过延伸传动的传动件:伞尖8、伞把3、伞柄2、活动连接5、撑杆6和伞骨7传动，使伞面I动作
[0056]图8是(伞面中心固定-撑杆套筒运动)动作类型的示意图:伞面中心通过伞柄2和伞把3或伞尖8作为相对运动固定件，撑杆套筒4运动，带动延伸的传动件:活动连接5、撑杆6和伞骨7传动，使伞面I动作
[0057]图9是(伞面中心-撑杆套筒相对运动)动作类型的示意图:伞柄2或伞把3或伞尖8或撑杆套筒4的活动延伸件9(轴承滑套等)作为隔离固定件，伞柄2和撑杆套筒4相对运动，带动延伸的传动件:伞把3、伞尖8、活动连接5、撑杆6和伞骨7传动，使伞面I快速动作
[0058]图10是单撑杆系统在伞面下方的运动示意图:伞形左右变化往复运动
[0059]图11是单撑杆系统在伞面上方的运动示意图:伞形左右变化往复运动
[0060]图12是双撑杆系统在伞面上方和下方的运动示意图:上下撑杆套筒同时同步上下运动
[0061]图13是飞行伞的完全组合示例图:I是伞骨和伞面、2是撑杆、3是撑杆套筒、4是伞柄、5是往复运动驱动器、6是负载。驱动器5驱动丝杆伞柄4带动撑杆套筒3沿导向方向上下运动，撑杆套筒传动撑杆2-活动连接-伞骨-伞面I，使伞面I在位置(I)至位置(2)之间上下动作。飞行伞能根据实际需要，变化多种组合形式:以伞面的上下为基准，根据撑杆系统和驱动器及负载位置，能有27种组合形式:(其中上，下:表示相对于伞面的位置)
[0062]I)撑杆系统在下:驱动器在上-负载在上/下/上和下
[0063]2)撑杆系统在下:驱动器在下-负载在上/下/上和下
[0064]3)撑杆系统在下:驱动器在上和下-负载在上/下/上和下
[0065]4)撑杆系统在上:驱动器在上-负载在上/下/上和下
[0066]5)撑杆系统在上:驱动器在下-负载在上/下/上和下
[0067]6)撑杆系统在上:驱动器在上和下-负载在上/下/上和下
[0068]7)撑杆系统在上和下:驱动器在上-负载在上/下/上和下
[0069]8)撑杆系统在上和下:驱动器在下-负载在上/下/上和下
[0070]9)撑杆系统在上和下:驱动器在上和下-负载在上/下/上和下
[0071 ]本图属于(撑杆系统在上和下:驱动器在上和下-负载在上和下)的完全组合类型
[0072]当撑杆系统是单系统时，简化去除图中不需要的上或下撑杆系统和对应伞面，伞柄延伸连接驱动器和负载；当驱动器是单系统时，简化去除图中不需要的上或下驱动器，伞柄延伸连接负载;当负载是单负载时，简化去除图中不需要的上或下负载。变化得到各种类型的示例图
[0073]图14是隐形伞面中心示意图:伞面中心隐形成为一个区域，伞骨和伞面间接连接伞面中心
[0074]图15是隐形撑杆套筒示意图:撑杆套筒隐形成为一个区域，撑杆间接连接撑杆套筒
[0075]图16是隐形撑杆套筒示意图:撑杆套筒隐形成为一个固定区域，撑杆间接连接撑杆套筒
[0076]图17是往复运动行程的撑杆变化示意图:I是伞面，2是伞骨，3是伞柄，4是撑杆套筒，5是撑杆。在保持撑杆支撑角度的情况下，撑杆支撑点离伞面中心越近，同样的伞面运动幅度所需要的撑杆套筒往复行程越小。图左-撑杆套筒行程大，图右-撑杆套筒行程小。飞行伞的撑杆系统和伞面比普通伞强度高，可以采用撑杆支撑点离伞面中心近的伞结构，提高效率
[0077]图18是伸缩伞骨的示例图:伸缩伞骨可以扩大伞面或者缩小收伞尺寸，如果原伞面是图左，则图右可以扩大伞面-增大扇风面积；如果原伞面是图右，则图左可以缩小收伞尺寸。根据撑杆支撑位置约在伞骨总长度1/4处，伸缩伞骨可以扩大或缩小的伞直径约是原伞径I/2
[0078]图19是双稳态弹性伞骨的示意图:I是伞面，2是片式双稳态弹性伞骨，3是伞柄，4是隐形撑杆套筒，5是撑杆，6是辅助弹簧，7是辅助撑杆。原理类似一种弹性发夹，稳态时-将片式双稳态弹性伞骨的两端(伞面中心至伞外边缘)长度固定，利用撑杆带动伞骨的中部，使伞骨从一个稳态位置变化到另一个稳态位置，图左是下稳态位置，图右是上稳态位置
[0079]图20是伞面使用弹性材料的示意图:利用伞面自身的弹性，辅助复原运动，伞面依靠自身弹性伸展或收缩，保持运动中伞面平整。图中上半部分是主视图，下半部分是俯视图，当伞面上下运动时，伞面弹性收放，伞面上的图案随之产生大小和宽窄变化，保持伞面平整
[0080]图21是片式重叠结构示意图:类似一种可折叠蒸盘，隐形伞面中心是一个平面，平面周边活动连接多片滑片，每个滑片都交错重叠，撑杆运动带动滑片-改变滑片重叠部分的大小，使伞面伸展或收缩，运动中保持伞面平整。图中上半部分是主视图，下半部分是俯视图，俯视图的下面是局部剖视图，剖视图内滑片左面在上，右面在下，与周围的滑片重叠。当伞面上下运动时，滑片相互重叠部分随之产生大小变化，保持伞面平整
[0081]图22是伞面的上/下表面能装饰或喷涂适合飞行原理的材料或形状的示意图:I是伞面，2是伞柄，伞面I在位置(I)至位置(2)之间上下动作。伞面上表面光滑无阻力，伞面下表面附加垂直于半径方向的横纹-兜风，增加扇风效果
[0082]图23是伞面设计风门的示意图:I是伞面，2是伞柄，3是风门，4是限位块，限位块限制风门最大开启角度，伞面I在位置(I)至位置(2)之间上下动作。伞面向下运动中-风门关闭-增大扇风量，伞面向上运动中-风门开启-减小空气阻力，可以附加风门最大开启角度限位块的调控装置
[0083]图24是齿轮-齿条驱动方式示例图:I是伞骨和伞面，2是撑杆，3是撑杆套筒，4是双面齿条，5是电机，6是负载，7是连接固定(杆)，8是齿轮。电机5驱动齿轮8推动穿心双面齿条4上下同步运动，齿条4中间与伞面I的中心固定，齿条4上下带动伞面I在位置(I)至(2)之间上下往复运动-扇风，控制电路切换电机上下运动方向，可以使用图28的电路控制
[0084]图25是驱动器的丝杆-丝杆套筒(导向)驱动方式示例图:I是中心推杆，2是伞柄，3是驱动电机(电机+联轴器)，4是定向活塞(丝杠轴套)，5是电源开关，6是撑杆套筒，7是锁定弹销，8是丝杠(轴)，9是伞把，10是活塞顶针，11是伞的撑杆，12是伞骨，13是伞面，14是伞尖，Su和Sd是传感器，Ku和Kd是常闭触点，当前位置是伞面上升停止位(高位)，活塞感应传感器Su并已顶开常闭触点Ku。活塞4?面和伞把之间设置定向滑槽(或加装定向导轨或在活塞上钻孔-穿入定向导杆)，成为定向导槽活塞，活塞4中心嵌入丝杠轴套，中心推杆I和活塞4固定连接，中心推杆I通过锁定弹销7和撑杆套筒6固定连接。在往复运动中:电机3驱动丝杠8转动，丝杠8驱动定向活塞4带动中心推杆I和撑杆套筒6同时上下运动，撑杆套筒6传动伞骨12带动伞面13在位置(I)至(2)之间上下往复运动-扇风，控制电路切换电机上下运动方向，可以使用图28的电路控制。伞柄2和伞把9固定连接，伞把9连接负载。定向运动除了用丝杠-导槽活塞方式之外，也可以用丝杠-导轨(类似车床)或丝杠-导杆(活塞钻孔-穿入定向导杆)等直线引导方式，将电机的转动转化成直线运动
[0085]图26是驱动器的凸轮-推杆驱动方式示例图:I是中心推杆，2是伞柄，3是驱动凸轮电机(电机+凸轮)，4是定向活塞，5是电源开关，6是撑杆套筒，7是锁定弹销，8是活塞弹簧，9是伞把，10是减震垫，11是撑杆，12是伞骨，13是伞面，14是辅助弹簧，伞柄2和伞把9固定连接，伞把9连接负载。凸轮表面的轨迹决定推杆的行程。例如:凸轮转动行程比率设计成1:2，即向下的行程为向上行程的1/2，随着凸轮3转动，推杆I上下往复运动，通过撑杆套筒6传动撑杆11，带动伞面13上下往复运动，弹簧14起辅助向下复位作用。控制电路驱动电机单向转动，可以使用图29的电路控制
[0086]图27是驱动器的曲轴-连杆驱动方式示例图:I是伞骨和伞面，2是撑杆，3是撑杆套筒，4是推杆，5是电机，6是负载，7是连接固定(杆)，8是曲轴-连杆。电机5驱动曲轴-连杆8带动推杆4上下同步运动，推杆4中间与伞面I的中心固定，推杆4上下带动伞面I在位置(I)至(2)之间上下往复运动-扇风，控制电路驱动电机单向转动，可以使用图29的电路控制
[0087]图28是图24齿轮和图25丝杆的电机驱动方式示例电路图:在上下止点位置安装限位传感器Su和Sd，开关K接通电源，LC是间歇振荡器(例如:555集成芯片等逻辑电路或单片机等智能控制电路)，当LC输出高电平时，J动作到Jd位置，通过Rd调速，电机驱动活塞向下运动，当活塞运动到下止点时，安装在下止点位置的传感器Sd感应接通，继电器Jd动作，常闭触点Jd断开，电机停止在上止点；当LC输出低电平时，J释放到Ju位置，通过Ru调速，电机驱动活塞向上运动，当活塞运动到上止点时，安装在上止点位置的传感器Su感应接通，继电器Ju动作，常闭触点Ju断开，电机停止在上止点。当LC再输出高电平时，继续上述往复运动。传感器可以使用光电或磁感应等通用形式传感器。在上下止点的极限位置安装常闭触点Ku和Kd，如果活塞运动超过上下止点位置到达极限位置时，自动顶开常闭触点Ku或Kd，停止电机，等待LC输出电平转换运动方向，继续上述往复运动，同时起电机保护安全作用
[0088]图29是图26凸轮和图27曲轴的电机驱动方式示例电路图:在推杆上安装感应块(例如:磁铁等)，推杆侧面固定架7上安装传感器Su和Sd，Su安装在感应块运动的最高点位置，Sd安装在最低点位置，当推杆向上运动至最高点时感应Su，导通可控娃Dd，(同时吸合继电器Ju-断开常闭触点Ju-关断可控硅Du)，通过电阻Rd调速，电机驱动曲轴-连杆，带动推杆向下运动；当推杆向下运动至最低点时感应Sd，导通可控硅Du，(同时吸合继电器Jd-断开常闭触点Jd-关断可控娃Dd)，通过电阻Ru调速，电机驱动曲轴-连杆，带动推杆向上运动；电阻R是保护通路维持电机最低转速，传感器可以使用光电或磁感应等通用形式传感器
[0089]图30是飞行伞辅助起落架的应用示意图:采用上下双撑杆系统增加强度，属于图13中(撑杆系统在上和下:驱动器在上-负载在上)的组合类型。组件:伞骨和伞面I，双撑杆系统(撑杆2和撑杆套筒3)，伞柄4(支架)，机身6(内部包括驱动器5)，起落架的轮子7。安装在飞机起落架上的飞行伞，起飞和降落时展开起辅助作用，起飞后收伞随起落架收藏，，没有空气阻力，不影响飞行速度。突发事件紧急降落时伞展开，能用电池电源驱动-减速-辅助降落，并能作为弹性屏障，防撞缓冲，多增加一层安全保障
[0090]图31是驱动器采用气缸驱动方式示例图:属于图13中(撑杆系统在下:驱动器在下-负载在下)的组合类型。I是伞骨和伞面，2是撑杆，3是撑杆套筒，4是伞柄，5是气缸，6是负载，P是压缩空气。气缸5—端固定在撑杆套筒3上，另一端固定在负载6上，气压P同步驱动双气缸内部活塞带动撑杆套筒3沿伞柄4上下运动，撑杆套筒3传动撑杆2带动伞面I在位置
(I)至(2)之间上下往复运动-扇风，控制电路切换气压P上下转换，可以用图33的电路控制
[0091]图32是驱动器采用气缸驱动方式的示例气路图:I是气栗，2是贮气罐，3是二位五通换向阀，4是节流阀，5是气缸。连接气缸气管:换向阀得电时-气缸缩回；换向阀失电时-气缸伸出，否则交换气管
[0092]图33是驱动器采用气缸驱动方式的示例电路图:开关K接通电源，LC是间歇振荡器(例如:555集成芯片等逻辑电路或单片机等智能控制电路)，LC输出高电平时控制二位五通换向阀驱动气缸缩回；输出低电平时换向阀弹簧回位，驱动气缸伸出。气缸两端串接2个可调的节流阀控制向下或向上的速度
[0093]图34是隐形伞面中心-撑杆套筒运动的示例图:属于图13中(撑杆系统在下:驱动器在上-负载在上)的组合类型。I是电机，2是联轴器，3是丝杠(轴)，4是定向导轨(导槽或导杆)，5是丝杠轴套(撑杆套筒)，6是撑杆，7是伞骨，8是伞面，9是负载。伞面中心(隐形中心)活动连接固定在电机外壳上，电机I驱动丝杠3转动，带动丝杠轴套(撑杆套筒)5沿导轨4的方向直线运动，丝杠轴套上下带动伞面8在位置(I)至(2)之间上下往复运动-扇风，控制电路切换电机上下运动方向，可以使用图28的电路控制
[0094]图35是隐形撑杆套筒-伞面中心运动的示例图:属于图13中(撑杆系统在上:驱动器在上-负载在上)的组合类型。I是电机，2是联轴器，3是丝杠(轴)，4是定向导轨(导槽或导杆)，5是丝杠轴套(伞面中心)，6是撑杆，7是伞骨，8是伞面，9是负载。撑杆根部(隐形撑杆套筒)活动连接固定在电机外壳上，电机驱动丝杠转动，带动丝杠轴套(伞面中心)沿导轨方向直线运动，丝杠轴套上下带动伞面8在位置(I)至(2)之间上下往复运动-扇风，控制电路切换电机上下运动方向，可以使用图28的电路控制。
【具体实施方式】
[0095]一、往复运动驱动器
[0096]1.电机驱动器:
[0097]I)齿轮-齿条传动:图24是示例图，上升或下降需要切换电机的运动方向。电路控制可以使用图28的电路图
[0098]2)丝杆-丝杆套筒(导向)传动:图25是示例图，上升或下降需要切换电机的运动方向。电路控制可以使用图28的电路图
[0099]3)凸轮-推杆机构传动:图26是示例图，伞面上升-下降不需要切换电机的运动方向。电路控制可以使用图29的电路图
[0100]4)曲轴-连杆机构传动:图27是示例图，伞面上升-下降不需要切换电机的运动方向。电路控制可以使用图29的电路图
[0101]2.气缸驱动器:图31是示例图，可以使用图32的气路图、图33的电路图。通常负载已具有合格的压缩空气和管路，只需要连接气管至气缸接头和附加控制电路
[0102]3.小型发动机驱动器:类同(曲轴-连杆)传动，转速>1200转/分
[0103]二、飞行伞设计:
[0104]1.飞行伞的结构，图1是原理图:往复运动驱动器连接传动件，传动伞面往复运动。往复运动驱动器是控制动力源，传动件传递动力，伞面是控制对象，也是飞行“翅膀”。相对运动固定件是相对于驱动运动不动作的部件，负载是飞行的承载物，相对运动固定件连接负载，承载飞行
[0105]2.平衡面和运动上下区域及运动类型的定义和分类:
[0106]平衡面和伞面运动上下区域，图3和图4是定义图，a=180°是平衡面，根据平衡面，将伞面运动区域分为运动上区或运动下区
[0107]非对称上/下运动区域，图5和图6是示意图，适用于起飞或降落等飞行状态
[0108]运动类型定义，图7至图9是示意图，有三种运动类型
[0109]3.结构组合类型设计:图13是完全组合类型示例图，以伞面为基准，根据撑杆系统和驱动器及负载相对于伞面的上下位置，能有27种组合应用类型
[0110]4.机械设计:
[0111]I)撑杆系统位置，图10至图12是分类示意图:有上/下/上和下三种类型，上和下是双撑杆系统，能增加撑杆系统的强度和附加驱动力
[0112]2)隐形伞面中心和隐形撑杆套筒，图14至图16是示意图，图34和图35是应用示例图
[0113]3)撑杆支撑点位置，图17是示意图:根据杠杆原理，能够通过改变伞骨支撑点的位置改变对应的运动行程，支撑点离伞面中心越近，撑杆支撑角度相同时，同样的伞面外缘运动幅度所需要的撑杆套筒往复运动行程越小
[0114]4)利用伞骨伸缩，图18是示例图:如果以原伞面作为基准，附加伸缩伞骨和对应伞面，即扩大伞面。如果以已经伸缩扩大的伞面作为基准，收缩伞骨-即缩小收伞尺寸。所以，伸缩伞骨可以扩大伞面或者缩小收伞尺寸，提高扇风效果或减小收藏体积
[0115]5)伞骨使用弹性材料，利用伞骨的弹性带动伞面，辅助复原运动。固定伞的外径后，调整撑杆的支撑点可以改变弹性的方向，弹性的方向能改变风向
[0116]a)利用拉簧复原特性，图19是示意图:伞骨具有纵向弹性，外力通过撑杆带动伞骨成弧形常态，当向上或向下时，伞骨经过平衡面(长度最长位置)，快速从直线恢复到弧形(长度最短位置)_助力
[0117]b)使用双稳态片簧伞骨，图19是示意图:类似一种弹性发卡，两端相对定位(一端伞面中心固定，另一端伞面外径限制)，外力通过撑杆带动片簧伞骨中部过临界点后弹向稳态点-常态位置，向上过临界点(平衡面)后用辅助弹簧抵消部分片簧弹力-至上止点(图左)；外力通过撑杆带动片簧伞骨中部向下过临界点(平衡面)后辅助弹簧加力片簧共同驱动伞骨带动伞面向下扇风(图右)。调整撑杆支撑点位置和撑杆长度能改变片簧的弹性方向，即改变风向。可以调整撑杆位置或添加辅助撑杆使片簧翻转更加容易
[0118]6)运动中保持伞面平整:往复运动时，保持伞面平整有兜风-增大风量作用
[0119]a)伞面使用弹性材料:图20是示意图:伞面自身的弹性对向上或向下运动有辅助复原驱动作用;伞面依靠自身弹性伸展和收缩，运动中保持伞面平整
[0120]b)片式重叠伞面，图21是示意图:类似一种可折叠蒸盘，隐形伞面中心是一个平面，平面周边活动连接多片滑片，每个滑片都交错重叠，撑杆运动带动滑片-改变滑片重叠部分的大小，使伞面伸展或收缩，运动中保持伞面平整
[0121]7)伞面的上/下表面能装饰或喷涂适合飞行原理的材料或形状:图22是示意图:伞面上表面光滑无阻力，伞面下表面附加垂直于半径方向的横纹-兜风，增加扇风效果
[0122]8)伞面设计风门，图23是示意图:伞面向下运动中-风门关闭-增大扇风量，伞面向上运动中-风门开启-减小空气阻力，可以附加风门最大开启角度限位块的调控装置
[0123]5.控制气路设计:图32是控制气路示例图，通常负载已自带控制气路，不需要配置，只需要将气缸连接压缩空气管路
[0124]6.控制电路设计:
[0125]I)电机换向运转控制电路，图28是示例图:可以调节上下止点传感器的安装位置，控制往复运动的行程。也可以调节电子控制元件LC的输出波形，控制往复运动的周期和占空比:当电机转速固定时，如果LC输出波形的周期时间小于到达上或下止点的时间(没有感应到上下止点传感器)-直接切换运动方向-控制运动幅度，LC输出波形的占空比控制伞面运动上区或下区的行程，调节调速电阻控制伞面向上或向下的速度。如果LC输出波形的周期时间大于或等于到达上下止点的时间(感应到上下止点传感器)，控制件(例如:撑杆套筒)到达上或下止点停止并等待LC输出波形电平变换，再反向运行
[0126]2)电机单向运转控制电路，图29是示例图:通过调节调速电阻控制伞面向上或向下的速度
[0127]3)气缸驱动控制电路，图33是示例图:换向运动类同图28的控制原理
[0128]三、飞行伞的扩展应用
[0129]飞行伞的伞形结构能安装或搭载在飞行器上，利用伞形结构展开面积大，收起体积小的优点，作为垂直起降等辅助飞行装置:起飞收伞后，可以隐蔽收藏，伞尖迎风阻力小，也能挂载携带。紧急降落时，从隐蔽位置开启飞行保护伞减速，也可能作为弹性屏障，防撞缓冲，提高飞行安全保障。飞行伞的优点特别适用于小型高速飞行器，平时可以隐蔽收藏在飞行器的顶部、底部、前部和尾部及两翼内部，遭遇发动机停车等紧急情况(小型高速飞行器通常是单发动机)时，从隐蔽位置(顺序)开启-展开飞行伞，减速后，利用电池电源驱动飞行伞，实现垂直降落，保障飞行员和飞行器的安全
[0130]飞行伞简单应用，图30是飞机起落架示意图:安装在飞机起落架上的飞行伞，起飞和降落时展开起辅助作用，起飞后收伞随起落架收藏，不影响飞行速度。紧急情况降落时伞展开-减速，并能作为弹性屏障，防撞缓冲，多增加一层安全保障
[0131]本发明的飞行伞主要是针对飞行设计。但是，伞形的工作原理和结构同样适用于其他领域，例如:伞形电风扇或吊扇(图34、图35)等，都符合本发明的应用。
【主权项】
1.一种飞行伞，应用于飞行或安装在飞行器上辅助飞行的伞形装置，其特征是:往复运动驱动器、传动件、伞面、相对运动固定件、负载，往复运动驱动器是控制动力源、传动件传递动力、伞面是控制对象，往复运动驱动器连接传动件传动伞面往复运动，伞面扇动空气产生升力，相对运动固定件连接负载，承载飞行，结构包括:伞骨、撑杆、撑杆套筒、伞柄、活动连接。2.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:往复运动驱动器采用电机或气缸或发动机，驱动连接撑伞动作或收伞动作的传动件，传动伞面往复运动。3.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:伞骨采用弹性材料，利用伞骨的弹性带动伞面，辅助复原运动。4.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:伞面采用弹性材料，利用伞面自身的弹性，辅助复原运动，伞面依靠自身弹性伸展或收缩，保持运动中伞面平整。5.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:伞面采用片式重叠结构，在运动中伸展或收缩。6.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:伞面设计风门。7.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:伞面的上下表面，装饰或喷涂适合飞行原理的材料或形状。8.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:能采用隐形伞面中心或隐形撑杆套筒结构。9.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:能采用伞面上下双撑杆系统结构。10.根据权利要求1所述的飞行伞，其特征是:能采用双驱动器或多驱动器结构。
【文档编号】B64C33/02GK205574275SQ201520768713
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年10月3日
【发明人】吕军
【申请人】吕军