專利名稱：一種仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，屬于人力仿生撲翼飛行器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人類象鳥一樣撲翼飛行是人類古老而永恒的夢(mèng)想，然而人力仿生撲翼飛行一直沒有取得實(shí)質(zhì)性的突破。截止目前唯一值得關(guān)注的報(bào)導(dǎo)是2010年加拿大多倫多大學(xué)托德·雷徹特等人發(fā)明的“雪鳥”人力撲翼飛機(jī)(參見網(wǎng)頁http://caac. people, com. cn/ GB/114174/12821954. html) 0該人力撲翼飛機(jī)翼展長(zhǎng)達(dá)32米，重量有42. 6公斤。2010年 8月2日試飛時(shí)，“雪鳥”撲翼飛機(jī)由汽車牽引在跑道上起飛，然后拋掉牽引繩，利用雙腿為 “雪鳥”提供動(dòng)力，在空中成功撲翼飛行19. 3秒，飛行了 145米。這個(gè)發(fā)明的積極意義是證明了完全能夠靠人體自身的力量撲翼而飛。這個(gè)發(fā)明的結(jié)構(gòu)缺陷也是明顯的翅膀和人體完全分離，體積龐大，無法自行起飛。這架撲翼飛行器的重量相對(duì)于個(gè)人來說也太重了，不能做有實(shí)際用途的飛行，這和人類真正仿鳥飛行的距離還相當(dāng)大。人類要真正如鳥一般飛行，就必須實(shí)現(xiàn)翅膀骨架和人力傳動(dòng)裝置與人體的一體化，重量要盡量減輕，做到能夠平地?fù)湟砥痫w、降落和長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)撲翼飛行。
發(fā)明內(nèi)容1.發(fā)明目的人力仿生撲翼飛行領(lǐng)域需要突破的是實(shí)現(xiàn)翅膀骨架和人力傳動(dòng)裝置與人體的一體化，使人力能高效傳遞，能平地通過助跑撲翼起飛、降落和長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)撲翼飛行。本發(fā)明為此設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的本質(zhì)突破。2.技術(shù)方案本裝置使翅膀骨架和手、腳傳動(dòng)裝置與長(zhǎng)方形背架結(jié)合在一起，翅膀的內(nèi)翼和外翼骨架由兩組特制的扭簧組成。內(nèi)翼扭簧內(nèi)臂上連接并固定一組彈簧手柄作為手動(dòng)裝置， 雙手套在手柄上做左右運(yùn)動(dòng)來扇動(dòng)翅膀；外翼扭簧套在內(nèi)翼扭簧外臂末端豎條上，外翼扭簧內(nèi)臂通過一豎條固定在內(nèi)翼外臂橫條上。外翼上揚(yáng)時(shí)由于外翼扭簧彈性系數(shù)的特別設(shè)定而自然下垂成一定角度，減少了翅膀上揚(yáng)的阻力。同時(shí)設(shè)置一條陸續(xù)穿過套在彈簧手柄上的滑輪——膝下——腳部的拉繩，以腳下蹬拉繩來增強(qiáng)翅膀下?lián)涞牧α俊?br> 以下結(jié)合附圖具體解說。翅膀骨架和手、腳傳動(dòng)裝置與長(zhǎng)方形背架結(jié)合在一起(圖7、圖8)，其中翅膀骨架包括一組特制的內(nèi)翼扭簧骨架(圖ι)和特制的外翼扭簧骨架(圖i)；手、腳傳動(dòng)裝置包括一組彈簧手柄(圖幻和一條陸續(xù)穿過套在彈簧手柄上的滑輪(17)——膝下——腳部的拉繩(圖5、圖6中的25)；長(zhǎng)方形背架(圖4)中間設(shè)置兩根豎條(18、19)，通過這兩根豎條設(shè)置兩條肩部安全帶00、21)、一條腰部安全帶(22)、一條臀部安全帶03)。[0009]內(nèi)翼扭簧內(nèi)臂(1)和內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)夾角為90° ；內(nèi)翼扭簧外臂(3)呈內(nèi)凹弧形；內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)外側(cè)有一對(duì)控制外翼扭簧骨架上揚(yáng)角度的突觸條(6)；內(nèi)翼扭簧外臂的末端豎條(5)封閉。外翼扭簧的內(nèi)臂(7)與外翼扭簧的外臂(9、10)夾角為180° ；外翼扭簧(8)套在內(nèi)翼扭簧外臂的末端豎條(5)上；外翼扭簧的內(nèi)臂(7)通過一豎條(11)固定在內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)上；外翼扭簧外臂(9)形狀呈外凸弧形并與外翼扭簧外臂(10)封閉成三角形。彈簧手柄是長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，彈簧手柄橫臂(12)和彈簧手柄內(nèi)豎條(13)由彈簧構(gòu)成， 手柄中間有兩條平行的護(hù)帶(14、1幻；彈簧手柄外豎條(16)下部套入并固定一滑輪(17)； 拉繩0 穿過滑輪(17)后拴套在膝下，拉繩0 再往下在腳部固定。內(nèi)翼扭簧(2)套在長(zhǎng)方形背架的豎條04)上，內(nèi)翼扭簧以豎條04)為軸而轉(zhuǎn)動(dòng)。外翼骨架上揚(yáng)時(shí)由于外翼扭簧設(shè)定的彈性系數(shù)而自然下垂成一定角度，減少了翅膀上揚(yáng)的阻力；內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)外側(cè)的一對(duì)突觸條(6)，控制住了外翼扭簧骨架上揚(yáng)的角度，使外翼下?lián)鋾r(shí)一直保持與內(nèi)翼的平直角度，從而保證下?lián)涑岚驎r(shí)形成的升力最大。通過滑輪的拉繩有一對(duì)鎖扣( )，在起飛之前和降落之前，必須解開拉繩的鎖扣， 以免拉繩影響腳步跑動(dòng)；起飛之后，雙手使手柄合攏，使拉繩的鎖扣扣上，就可以腳蹬拉繩 (25) 了。將拉繩0 設(shè)置成先穿過兩手柄滑輪和膝下(膝下上巨虛穴的位置)，滑輪能減少對(duì)拉繩的阻力和摩擦，穿過膝下并固定可以減少拉繩的晃蕩，從而減少飛行中因?yàn)槔K子造成的阻力和不便。同時(shí)從膝下到腳部拉繩被固定，相當(dāng)于增長(zhǎng)了拉繩的用力力臂而省力。雙手操縱手柄并使人軀體的上下左右變化相配合，可以改變飛行的高度和方向。3.有益的效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了翅膀骨架和人力傳動(dòng)裝置與人體的一體化，人力傳動(dòng)的用力方式可靠、角度自然、高效，減少了手腳傳動(dòng)的疲勞程度，能夠平地?fù)湟砥痫w、降落和長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)撲翼飛行，實(shí)現(xiàn)真正如鳥一般的人力撲翼飛行。

圖1內(nèi)翼扭簧骨架示意圖圖2外翼扭簧骨架示意圖圖3手柄放大示意圖圖4長(zhǎng)方形背架示意圖圖5張翼上揚(yáng)時(shí)人體姿勢(shì)與左邊翅膀骨架示意圖圖6張翼平翅時(shí)人體姿勢(shì)與左邊翅膀骨架示意圖圖7張翼上揚(yáng)時(shí)整體示意圖圖8張翼平翅時(shí)整體示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。本裝置根據(jù)人體高度和人體重量的不同而在各部件的尺寸上和彈簧系數(shù)上有所不同，本具體實(shí)施方式
以身高170-180cm、體重70公斤左右的人體為例來確定各部件的尺寸和彈簧系數(shù)。[0028]內(nèi)翼扭簧O)長(zhǎng)25cm，線徑9. 9mm，簧管直徑35mm，管匝之間不留空隙。內(nèi)翼扭簧內(nèi)臂(1)長(zhǎng)20mm，內(nèi)翼扭簧外臂(4)長(zhǎng)度為150cm，內(nèi)翼扭簧外臂(3)長(zhǎng)160cm并據(jù)此長(zhǎng)度確定其弧度。內(nèi)翼扭簧外臂豎條(U)長(zhǎng)度為70cm。外翼扭簧(8)長(zhǎng)25cm，線徑3mm，簧管直徑10mm，管匝之間不留空隙。外翼扭簧外臂(10)長(zhǎng)150cm，外翼扭簧外臂(9)長(zhǎng)170cm并據(jù)此長(zhǎng)度確定其弧度。彈簧手柄橫臂(12)長(zhǎng)30cm，豎臂(13)長(zhǎng)30cm，彈簧線徑3. 5mm,簧管直徑15mm， 管匝之間不留空隙。拉繩(圖五、六中的25)采用摩托車的剎車線造型，線徑3. 3mm，長(zhǎng)度 228cm0長(zhǎng)方形背架(圖四)長(zhǎng)70cm、寬50cm。背架豎條為圓形線材，線徑34. 9mm，使得內(nèi)翼扭簧O)正好能套進(jìn)去并能自如轉(zhuǎn)動(dòng)。翅膀骨架平翼展開時(shí)的翼展達(dá)650cm，翅膀骨架的寬度70cm，翅膀骨架配上仿生的羽毛寬度可達(dá)100-120cm(仿生羽毛另案申請(qǐng)專利)。這種尺寸源于生物學(xué)界對(duì)一種在南美發(fā)現(xiàn)的最大史前鳥類化石的研究發(fā)現(xiàn)；這種大鳥的翅膀翼展在640cm左右，體重在70公斤左右，個(gè)頭和人相似，以跑動(dòng)方式撲翼起飛。模擬這種鳥的翅膀尺寸比例能夠使人力較充分和耐久地發(fā)揮，并使得撲翼達(dá)到較大的升力。內(nèi)翼扭簧內(nèi)臂(1)和內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)夾角為90°，在撲翼的過程中，手左右擺動(dòng)的角度可以不超過90°，手臂也不用伸展開來，而是屈肘運(yùn)動(dòng)。手臂借助彈性手柄的彈性力量和比手臂更寬的手柄力臂，可以自如地帶動(dòng)相應(yīng)翅膀在90°方位內(nèi)撲動(dòng)。這樣，手的運(yùn)動(dòng)自然、省力，不容易疲勞，能長(zhǎng)時(shí)間撲翼。另外， 拉繩0 設(shè)計(jì)成通過套在手柄上的滑輪(17)與手柄連接成一體，腳下蹬時(shí)可以大大增強(qiáng)手柄合攏的力量，從而增強(qiáng)翅膀下?lián)涞牧α?，減輕手的用力程度。整個(gè)裝置使用的所有材質(zhì)均可以采用普通的彈簧鋼，但從減輕重量和性價(jià)比來考慮，整體采用玄武巖纖維復(fù)合材料或碳纖維可以達(dá)到更好的效果。碳纖維的優(yōu)點(diǎn)是比玄武巖纖維復(fù)合材料更輕，強(qiáng)度更高，但是不絕緣，在耐高溫和低溫、防火防輻射方面不如玄武巖纖維復(fù)合材料，同時(shí)碳纖維價(jià)格較高，還被日美歐各國封鎖對(duì)我國出口，原料來源受限。 玄武巖復(fù)合材料可以耐高溫和低溫、防火、絕緣、防輻射，重量比碳纖維重但是比鋼材輕且強(qiáng)度比鋼材大。玄武巖復(fù)合材料在國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)水平基本上與國際先進(jìn)水平持平，產(chǎn)品的供應(yīng)充足。因此，首選的材質(zhì)是玄武巖纖維的各種復(fù)合材料。內(nèi)翼扭簧和外翼扭簧由于它們的尺寸不同因而彈性系數(shù)也不同，同時(shí)采用的材質(zhì)不同也必然導(dǎo)致彈性系數(shù)的不同。內(nèi)翼扭簧由于線徑和管徑較粗，彈性系數(shù)設(shè)定較大，在手柄拉動(dòng)翅膀骨架的傳動(dòng)中主要起緩沖作用。而外翼扭簧的彈性系數(shù)則必須設(shè)定得較低，以使外翼骨架上揚(yáng)時(shí)因?yàn)榭諝庾枇Χ匀幌麓钩梢欢ń嵌?，從而減少翅膀上揚(yáng)的阻力。內(nèi)外翼扭簧的彈性系數(shù)的設(shè)定，需要在實(shí)施過程中根據(jù)材質(zhì)的不同而具體調(diào)試準(zhǔn)確。內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)外側(cè)的一對(duì)突觸條(6)，控制住了外翼扭簧骨架上揚(yáng)的角度， 使外翼下?lián)鋾r(shí)一直保持與內(nèi)翼的平直角度，從而保證翅膀下?lián)鋾r(shí)形成的升力最大。起飛前，將方形背架(圖四)背在身上，兩條肩部安全帶00、21)、腰部安全帶 (22)、臀部安全帶在相應(yīng)的身體部位綁好。雙手套進(jìn)兩個(gè)手柄之中，彈簧手柄的內(nèi)豎條(13)壓在手臂內(nèi)側(cè)，手柄中間的兩條平行的護(hù)帶(14、15)分別壓在手臂的上廉穴位和腕部，手抓住彈簧手柄的外豎條(16)。為了增加手柄的舒適感和減輕手的疲勞程度，可以在彈簧手柄的內(nèi)豎條(13)、兩條護(hù)帶(14、15)、外豎條(16)上分別套上泡棉。起飛前拉繩05)的鎖扣06)解開，人身體向前傾斜一定角度，靠腳步跑動(dòng)和雙手左右扇動(dòng)手柄來帶動(dòng)翅膀的撲翼，使人體起飛。起飛之后，雙手使手柄合攏，使拉繩的鎖扣扣上，這樣就可以腳蹬拉繩了。將拉繩 (25)設(shè)置成穿過兩手柄滑輪和膝下上巨虛穴的位置，滑輪能減少對(duì)拉繩的阻力和摩擦，穿過膝下可以減少拉繩的晃蕩，從而減少飛行中因?yàn)槔K子造成的阻力和不便。同時(shí)從膝下到腳部拉繩被固定，相當(dāng)于增長(zhǎng)了拉繩的力臂，可以省力。在飛行過程中，當(dāng)雙手向外拉手柄時(shí)翅膀上揚(yáng)，此時(shí)雙腳抬起配合；當(dāng)雙手向內(nèi)拉手柄時(shí)翅膀下?lián)?，同時(shí)腳下蹬助力。雙手操縱手柄并使人體的上下左右變化相配合，可以改變飛行的高度和方向。
權(quán)利要求1.一種仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，其特征是翅膀骨架和手、腳傳動(dòng)裝置與長(zhǎng)方形背架結(jié)合在一起，其中翅膀骨架包括一組特制的內(nèi)翼扭簧骨架和特制的外翼扭簧骨架；手、腳傳動(dòng)裝置包括一組彈簧手柄和一條陸續(xù)穿過套在彈簧手柄上的滑輪一膝下一腳部的拉繩0 ；長(zhǎng)方形背架中間設(shè)置兩根豎條(18、19)，通過這兩根豎條設(shè)置兩條肩部安全帶00、21)、一條腰部安全帶(22)、一條臀部安全帶03)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，其特征是 內(nèi)翼扭簧內(nèi)臂(1)和內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)夾角為90° ；內(nèi)翼扭簧外臂(3)呈內(nèi)凹弧形；內(nèi)翼扭簧外臂(3、4)外側(cè)有一對(duì)控制外翼扭簧骨架上揚(yáng)角度的突觸條(6)；內(nèi)翼扭簧外臂的末端豎條( 封閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，其特征是 外翼扭簧的內(nèi)臂(7)與外翼扭簧的外臂(9、10)夾角為180° ；外翼扭簧(8)套在內(nèi)翼扭簧外臂的末端豎條(5)上；外翼扭簧的內(nèi)臂(7)通過一豎條(11)固定在內(nèi)翼扭簧外臂(3、4) 上；外翼扭簧外臂(9)形狀呈外凸弧形并與外翼扭簧外臂(10)封閉成三角形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，其特征是 彈簧手柄是長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，彈簧手柄橫臂(12)和彈簧手柄內(nèi)豎條(13)由彈簧構(gòu)成，手柄中間有兩條平行的護(hù)帶(14、15)；彈簧手柄外豎條(16)下部套入并固定一滑輪(17)；拉繩05) 穿過滑輪(17)后拴套在膝下，拉繩0 再往下在腳部固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，其特征是 內(nèi)翼扭簧( 套在長(zhǎng)方形背架的豎條04)上，內(nèi)翼扭簧以豎條04)為軸而轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，其特征是 通過滑輪的拉繩有一對(duì)鎖扣06)。
專利摘要一種仿鳥人力撲翼飛行的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置，屬于人力仿生撲翼飛行器領(lǐng)域。本裝置使翅膀骨架和手、腳傳動(dòng)裝置與長(zhǎng)方形背架結(jié)合在一起，翅膀的內(nèi)翼和外翼骨架由兩組特制的扭簧組成。內(nèi)翼扭簧內(nèi)臂上連接并固定一組彈簧手柄作為手動(dòng)裝置，雙手套在手柄上做左右運(yùn)動(dòng)來扇動(dòng)翅膀；外翼扭簧套在內(nèi)翼扭簧外臂末端豎條上，外翼扭簧內(nèi)臂通過一豎條固定在內(nèi)翼外臂橫條上。外翼上揚(yáng)時(shí)由于外翼扭簧彈性系數(shù)的特別設(shè)定而自然下垂成一定角度，減少了翅膀上揚(yáng)的阻力。同時(shí)設(shè)置一條陸續(xù)穿過套在彈簧手柄上的滑輪——膝下——腳部的拉繩，以腳下蹬拉繩來增強(qiáng)翅膀下?lián)涞牧α俊１緦?shí)用新型為仿鳥人力撲翼飛行提供了可靠和高效的翅膀骨架與人力傳動(dòng)裝置。
文檔編號(hào)B64C31/04GK202244083SQ20112016436
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者劉龍生 申請(qǐng)人:劉龍生