专利名称：一种仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置的制作方法
技术领域：
一种仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，属于人力仿生扑翼飞行器领域。
背景技术：
人类象鸟一样扑翼飞行是人类古老而永恒的梦想，然而人力仿生扑翼飞行一直没有取得实质性的突破。截止目前唯一值得关注的报导是2010年加拿大多伦多大学托德·雷彻特等人发明的“雪鸟”人力扑翼飞机(参见网页http://caac. people, com. cn/ GB/114174/12821954. html) 0该人力扑翼飞机翼展长达32米，重量有42. 6公斤。2010年 8月2日试飞时，“雪鸟”扑翼飞机由汽车牵引在跑道上起飞，然后抛掉牵引绳，利用双腿为 “雪鸟”提供动力，在空中成功扑翼飞行19. 3秒，飞行了 145米。这个发明的积极意义是证明了完全能够靠人体自身的力量扑翼而飞。这个发明的结构缺陷也是明显的翅膀和人体完全分离，体积庞大，无法自行起飞。这架扑翼飞行器的重量相对于个人来说也太重了，不能做有实际用途的飞行，这和人类真正仿鸟飞行的距离还相当大。人类要真正如鸟一般飞行，就必须实现翅膀骨架和人力传动装置与人体的一体化，重量要尽量减轻，做到能够平地扑翼起飞、降落和长时间持续扑翼飞行。
发明内容1.发明目的人力仿生扑翼飞行领域需要突破的是实现翅膀骨架和人力传动装置与人体的一体化，使人力能高效传递，能平地通过助跑扑翼起飞、降落和长时间持续扑翼飞行。本发明为此设计了一种独特的仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置来实现该技术的本质突破。2.技术方案本装置使翅膀骨架和手、脚传动装置与长方形背架结合在一起，翅膀的内翼和外翼骨架由两组特制的扭簧组成。内翼扭簧内臂上连接并固定一组弹簧手柄作为手动装置， 双手套在手柄上做左右运动来扇动翅膀；外翼扭簧套在内翼扭簧外臂末端竖条上，外翼扭簧内臂通过一竖条固定在内翼外臂横条上。外翼上扬时由于外翼扭簧弹性系数的特别设定而自然下垂成一定角度，减少了翅膀上扬的阻力。同时设置一条陆续穿过套在弹簧手柄上的滑轮——膝下——脚部的拉绳，以脚下蹬拉绳来增强翅膀下扑的力量。
以下结合附图具体解说。翅膀骨架和手、脚传动装置与长方形背架结合在一起(图7、图8)，其中翅膀骨架包括一组特制的内翼扭簧骨架(图ι)和特制的外翼扭簧骨架(图i)；手、脚传动装置包括一组弹簧手柄(图幻和一条陆续穿过套在弹簧手柄上的滑轮(17)——膝下——脚部的拉绳(图5、图6中的25)；长方形背架(图4)中间设置两根竖条(18、19)，通过这两根竖条设置两条肩部安全带00、21)、一条腰部安全带(22)、一条臀部安全带03)。[0009]内翼扭簧内臂(1)和内翼扭簧外臂(3、4)夹角为90° ；内翼扭簧外臂(3)呈内凹弧形；内翼扭簧外臂(3、4)外侧有一对控制外翼扭簧骨架上扬角度的突触条(6)；内翼扭簧外臂的末端竖条(5)封闭。外翼扭簧的内臂(7)与外翼扭簧的外臂(9、10)夹角为180° ；外翼扭簧(8)套在内翼扭簧外臂的末端竖条(5)上；外翼扭簧的内臂(7)通过一竖条(11)固定在内翼扭簧外臂(3、4)上；外翼扭簧外臂(9)形状呈外凸弧形并与外翼扭簧外臂(10)封闭成三角形。弹簧手柄是长方形结构，弹簧手柄横臂(12)和弹簧手柄内竖条(13)由弹簧构成， 手柄中间有两条平行的护带(14、1幻；弹簧手柄外竖条(16)下部套入并固定一滑轮(17)； 拉绳0 穿过滑轮(17)后拴套在膝下，拉绳0 再往下在脚部固定。内翼扭簧(2)套在长方形背架的竖条04)上，内翼扭簧以竖条04)为轴而转动。外翼骨架上扬时由于外翼扭簧设定的弹性系数而自然下垂成一定角度，减少了翅膀上扬的阻力；内翼扭簧外臂(3、4)外侧的一对突触条(6)，控制住了外翼扭簧骨架上扬的角度，使外翼下扑时一直保持与内翼的平直角度，从而保证下扑翅膀时形成的升力最大。通过滑轮的拉绳有一对锁扣( )，在起飞之前和降落之前，必须解开拉绳的锁扣， 以免拉绳影响脚步跑动；起飞之后，双手使手柄合拢，使拉绳的锁扣扣上，就可以脚蹬拉绳 (25) 了。将拉绳0 设置成先穿过两手柄滑轮和膝下(膝下上巨虚穴的位置)，滑轮能减少对拉绳的阻力和摩擦，穿过膝下并固定可以减少拉绳的晃荡，从而减少飞行中因为绳子造成的阻力和不便。同时从膝下到脚部拉绳被固定，相当于增长了拉绳的用力力臂而省力。双手操纵手柄并使人躯体的上下左右变化相配合，可以改变飞行的高度和方向。3.有益的效果本发明实现了翅膀骨架和人力传动装置与人体的一体化，人力传动的用力方式可靠、角度自然、高效，减少了手脚传动的疲劳程度，能够平地扑翼起飞、降落和长时间持续扑翼飞行，实现真正如鸟一般的人力扑翼飞行。
图1内翼扭簧骨架示意图图2外翼扭簧骨架示意图图3手柄放大示意图图4长方形背架示意图图5张翼上扬时人体姿势与左边翅膀骨架示意图图6张翼平翅时人体姿势与左边翅膀骨架示意图图7张翼上扬时整体示意图图8张翼平翅时整体示意图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步描述。本装置根据人体高度和人体重量的不同而在各部件的尺寸上和弹簧系数上有所不同，本具体实施方式
以身高170-180cm、体重70公斤左右的人体为例来确定各部件的尺寸和弹簧系数。[0028]内翼扭簧O)长25cm，线径9. 9mm，簧管直径35mm，管匝之间不留空隙。内翼扭簧内臂(1)长20mm，内翼扭簧外臂(4)长度为150cm，内翼扭簧外臂(3)长160cm并据此长度确定其弧度。内翼扭簧外臂竖条(U)长度为70cm。外翼扭簧(8)长25cm，线径3mm，簧管直径10mm，管匝之间不留空隙。外翼扭簧外臂(10)长150cm，外翼扭簧外臂(9)长170cm并据此长度确定其弧度。弹簧手柄横臂(12)长30cm，竖臂(13)长30cm，弹簧线径3. 5mm,簧管直径15mm， 管匝之间不留空隙。拉绳(图五、六中的25)采用摩托车的刹车线造型，线径3. 3mm，长度 228cm0长方形背架(图四)长70cm、宽50cm。背架竖条为圆形线材，线径34. 9mm，使得内翼扭簧O)正好能套进去并能自如转动。翅膀骨架平翼展开时的翼展达650cm，翅膀骨架的宽度70cm，翅膀骨架配上仿生的羽毛宽度可达100-120cm(仿生羽毛另案申请专利)。这种尺寸源于生物学界对一种在南美发现的最大史前鸟类化石的研究发现；这种大鸟的翅膀翼展在640cm左右，体重在70公斤左右，个头和人相似，以跑动方式扑翼起飞。模拟这种鸟的翅膀尺寸比例能够使人力较充分和耐久地发挥，并使得扑翼达到较大的升力。内翼扭簧内臂(1)和内翼扭簧外臂(3、4)夹角为90°，在扑翼的过程中，手左右摆动的角度可以不超过90°，手臂也不用伸展开来，而是屈肘运动。手臂借助弹性手柄的弹性力量和比手臂更宽的手柄力臂，可以自如地带动相应翅膀在90°方位内扑动。这样，手的运动自然、省力，不容易疲劳，能长时间扑翼。另外， 拉绳0 设计成通过套在手柄上的滑轮(17)与手柄连接成一体，脚下蹬时可以大大增强手柄合拢的力量，从而增强翅膀下扑的力量，减轻手的用力程度。整个装置使用的所有材质均可以采用普通的弹簧钢，但从减轻重量和性价比来考虑，整体采用玄武岩纤维复合材料或碳纤维可以达到更好的效果。碳纤维的优点是比玄武岩纤维复合材料更轻，强度更高，但是不绝缘，在耐高温和低温、防火防辐射方面不如玄武岩纤维复合材料，同时碳纤维价格较高，还被日美欧各国封锁对我国出口，原料来源受限。 玄武岩复合材料可以耐高温和低温、防火、绝缘、防辐射，重量比碳纤维重但是比钢材轻且强度比钢材大。玄武岩复合材料在国内的生产技术水平基本上与国际先进水平持平，产品的供应充足。因此，首选的材质是玄武岩纤维的各种复合材料。内翼扭簧和外翼扭簧由于它们的尺寸不同因而弹性系数也不同，同时采用的材质不同也必然导致弹性系数的不同。内翼扭簧由于线径和管径较粗，弹性系数设定较大，在手柄拉动翅膀骨架的传动中主要起缓冲作用。而外翼扭簧的弹性系数则必须设定得较低，以使外翼骨架上扬时因为空气阻力而自然下垂成一定角度，从而减少翅膀上扬的阻力。内外翼扭簧的弹性系数的设定，需要在实施过程中根据材质的不同而具体调试准确。内翼扭簧外臂(3、4)外侧的一对突触条(6)，控制住了外翼扭簧骨架上扬的角度， 使外翼下扑时一直保持与内翼的平直角度，从而保证翅膀下扑时形成的升力最大。起飞前，将方形背架(图四)背在身上，两条肩部安全带00、21)、腰部安全带 (22)、臀部安全带在相应的身体部位绑好。双手套进两个手柄之中，弹簧手柄的内竖条(13)压在手臂内侧，手柄中间的两条平行的护带(14、15)分别压在手臂的上廉穴位和腕部，手抓住弹簧手柄的外竖条(16)。为了增加手柄的舒适感和减轻手的疲劳程度，可以在弹簧手柄的内竖条(13)、两条护带(14、15)、外竖条(16)上分别套上泡棉。起飞前拉绳05)的锁扣06)解开，人身体向前倾斜一定角度，靠脚步跑动和双手左右扇动手柄来带动翅膀的扑翼，使人体起飞。起飞之后，双手使手柄合拢，使拉绳的锁扣扣上，这样就可以脚蹬拉绳了。将拉绳 (25)设置成穿过两手柄滑轮和膝下上巨虚穴的位置，滑轮能减少对拉绳的阻力和摩擦，穿过膝下可以减少拉绳的晃荡，从而减少飞行中因为绳子造成的阻力和不便。同时从膝下到脚部拉绳被固定，相当于增长了拉绳的力臂，可以省力。在飞行过程中，当双手向外拉手柄时翅膀上扬，此时双脚抬起配合；当双手向内拉手柄时翅膀下扑，同时脚下蹬助力。双手操纵手柄并使人体的上下左右变化相配合，可以改变飞行的高度和方向。
权利要求1.一种仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，其特征是翅膀骨架和手、脚传动装置与长方形背架结合在一起，其中翅膀骨架包括一组特制的内翼扭簧骨架和特制的外翼扭簧骨架；手、脚传动装置包括一组弹簧手柄和一条陆续穿过套在弹簧手柄上的滑轮一膝下一脚部的拉绳0 ；长方形背架中间设置两根竖条(18、19)，通过这两根竖条设置两条肩部安全带00、21)、一条腰部安全带(22)、一条臀部安全带03)。
2.根据权利要求1所述的仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，其特征是 内翼扭簧内臂(1)和内翼扭簧外臂(3、4)夹角为90° ；内翼扭簧外臂(3)呈内凹弧形；内翼扭簧外臂(3、4)外侧有一对控制外翼扭簧骨架上扬角度的突触条(6)；内翼扭簧外臂的末端竖条( 封闭。
3.根据权利要求1所述的仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，其特征是 外翼扭簧的内臂(7)与外翼扭簧的外臂(9、10)夹角为180° ；外翼扭簧(8)套在内翼扭簧外臂的末端竖条(5)上；外翼扭簧的内臂(7)通过一竖条(11)固定在内翼扭簧外臂(3、4) 上；外翼扭簧外臂(9)形状呈外凸弧形并与外翼扭簧外臂(10)封闭成三角形。
4.根据权利要求1所述的仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，其特征是 弹簧手柄是长方形结构，弹簧手柄横臂(12)和弹簧手柄内竖条(13)由弹簧构成，手柄中间有两条平行的护带(14、15)；弹簧手柄外竖条(16)下部套入并固定一滑轮(17)；拉绳05) 穿过滑轮(17)后拴套在膝下，拉绳0 再往下在脚部固定。
5.根据权利要求1所述的仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，其特征是 内翼扭簧( 套在长方形背架的竖条04)上，内翼扭簧以竖条04)为轴而转动。
6.根据权利要求1所述的仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，其特征是 通过滑轮的拉绳有一对锁扣06)。
专利摘要一种仿鸟人力扑翼飞行的翅膀骨架与人力传动装置，属于人力仿生扑翼飞行器领域。本装置使翅膀骨架和手、脚传动装置与长方形背架结合在一起，翅膀的内翼和外翼骨架由两组特制的扭簧组成。内翼扭簧内臂上连接并固定一组弹簧手柄作为手动装置，双手套在手柄上做左右运动来扇动翅膀；外翼扭簧套在内翼扭簧外臂末端竖条上，外翼扭簧内臂通过一竖条固定在内翼外臂横条上。外翼上扬时由于外翼扭簧弹性系数的特别设定而自然下垂成一定角度，减少了翅膀上扬的阻力。同时设置一条陆续穿过套在弹簧手柄上的滑轮——膝下——脚部的拉绳，以脚下蹬拉绳来增强翅膀下扑的力量。本实用新型为仿鸟人力扑翼飞行提供了可靠和高效的翅膀骨架与人力传动装置。
文档编号B64C31/04GK202244083SQ20112016436
公开日2012年5月30日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者刘龙生 申请人:刘龙生