扑翼飞机是依靠扑翼的扑动而飞行。早在人类学习飞行时，就是从鸟类的扑翼飞行开始 的，但扑翼飞行由于所涉及的飞行力学，制造工艺太复杂和太精确，已超出了专业设计的范 围，所以迄今为止，还没有一架真正的扑翼飞机问世。
在目前现有的飞行器中，刚性直翼飞机和旋翼直升机，尽管技术已相当成熟，但却各自 有其局限性，前者是靠发动机驱动螺旋桨，获得推力，借助于机翼产生升力飞行，起飞或降 落，需要平坦的专用场地；后者是靠发动机驱动旋翼及机尾抗扭螺旋桨产生升力和推力而飞 行，虽能定点起飞和降落，但发动机一旦出故障，螺旋桨失去动力，两者面临的将是飞机坠 毁的可能。

本发明的目的是制造一种靠两翼上下扑动产生升力和推力的扑翼飞机，该飞机具有象鸟 类扑翼飞行的技能，可在空中悬停、倒飞。升空后，可关闭发动机，利用人体动力及扑翼的 气动力装置飞行，不需要专用场地，可在地面或水面定点起飞、降落。其基本重量约80～100 公斤，最大起飞重量约250～280公斤，水陆两栖型，最大起飞重量约300公斤，配一台25～ 50马力发动机。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种扑翼飞机，包括动力系统、传动装置、操纵系 统、机舱、起落架、机翼、尾翼，其中，所述机翼包括设置在机舱上方的上直翼及扑翼，所 述上直翼位于扑翼支撑框架的顶部，所述扑翼在所述扑翼支撑框架的两侧向外延伸，其特征 在于：所述扑翼包括有翼梁、翼梁关节、翼掌梁、掌关节和翼掌，其中：翼梁包括可伸缩的 主翼梁、中翼梁和前翼梁，三者依次从支撑框架向扑翼翼尖方向延伸；主翼梁一端与扑翼支 撑框架活动连接，另一端通过翼梁关节与中翼梁相连；前翼梁一端通过翼梁关节与中翼梁另 一端相连，而前翼梁另一端与翼掌梁相连；掌翼梁包括掌翼前梁、掌翼中梁和掌翼后梁；掌 关节包括掌前节、掌中节和掌后节；掌翼前梁与掌翼后梁是可控的伸缩梁；掌翼梁一端与翼 梁活动连接，另一端通过掌关节与翼掌连接；翼掌包括掌心盘、掌环、掌筋、掌指，掌心盘 套接在掌中节的外部，掌指分别穿过掌筋、掌环、固定在掌心盘上，形成翼掌扇面；掌环卡 在U形掌翼中梁内，以加强翼掌与主翼间的强度。
所述的扑翼主翼梁可以包括主前梁、主中梁和主后梁；所述翼梁关节的主关节包括主 前节、主中节、主后节；主前梁与主后梁是可伸缩梁，它们的一端分别与扑翼支撑框架相连 接，另一端分别与主前节、主后节相连接；主中梁也是一个伸缩梁，其一端是凸形球关节， 该关节与传动装置上的凹形球关节相配合形成球关节；其另一端穿过主中节，在中部与主中 节相连接；主中节是一个球形关节，它是主中梁的支点，也是扑翼的支点关节；在主中梁力 矩的作用下，主关节可上下、左右转动，从而带动扑翼能上下、前后扑动。
所述的扑翼中翼梁可以包括中前梁、中心梁和中后梁；所述翼梁关节的中关节包括中 前节)和中后节；中前梁的一端与主前节相连接，另一端与中前节相连接；中后梁的一端与 主后节相连接，另一端与中后节相连接；中心梁是主中梁在中翼梁段的延伸；当扑翼在主中 梁力矩的作用下上下扑动时，中翼梁与中关节使扑翼的翼中心产生前后移位，即上扑时由后 下方扑向前上方；下扑时由前上方扑向后下方，翼尖划过的轨道呈螺旋形。
所述的扑翼前翼梁可以包括前前梁、前中梁和前后梁；所述翼梁关节的前关节包括前 前节、前中节和前后节；前前梁和前后梁都是可控的伸缩梁；前前梁的一端与中前节相连接， 另一端与前前节相连接；前后梁的一端与中后节相连接，另一端与前后节相连接；前中梁是 主中梁在前翼梁段的延伸，位于其端部的前中节是扑翼的中心结点；位于前中节中心的张力 线支柱支撑着横向张力线和纵向张力线，以加强扑翼的刚性与强度；前翼梁与前关节在左右 翼盘的操纵下，两翼可前后伸展。
本发明的扑翼飞机具有较强的机动性、稳定性和安全性。而且操作简单、经济实用，可 用于空中旅行、交通管理、森林、农田的防护及各种空中作业，是工矿、企业、机关团体及 家庭理想的空中交通工具，也可作为航模玩具，开发少年儿童的智力。
通过下面的详细说明，本技术领域里的技术人员能够认识到本发明的其它目的和优点。 而详细说明部分仅仅介绍了本发明的最佳实施例，目的是给出实施本发明的最佳方式，更确 切地说，常用的双座式扑翼飞机的结构部件保护范围，包含有单座式及多座式的结构部件， 只是尺寸略加增减，所以，本发明还具有其它不同的实施例，在不脱离本发明的实质内容的 情况下，还能够对本发明作出各种不同的改进而实现相同的目的，因此，附图和详细说明仅 仅是解释性的，不应对本发明产生限制。
附图概述：
图1是本发明实施例的扑翼飞机整体结构的透视图。
图2是本发明扑翼飞机的动力系统的环形传动装置的结构透视图。
图3是本发明另一实施例的扑翼飞机的椭圆轨道传动装置的结构透视图。
图4是本发明又一实施例的扑翼飞机的推拉臂机传动装置的结构透视图。
图5是本发明再一实施例的扑翼飞机的中心轴传动装置的结 构透视图。
图6是本发明扑翼飞机的翼型结构透视图。
图7是本发明又一实施例的扑翼飞机的翼型结构透视图。
图8是本发明扑翼飞机的主体框架及操纵系统的透视图。
图9是本发明另一实施例的扑翼飞机的伸缩式行驶起落架的 结构图。
图10是本发明扑翼飞机的扑翼幅角及翼掌运行轨迹的主视 图。
图11是示出本发明扑翼飞机的主翼前伸后掠及尾翼上翘下 压的俯视图。
图12是本发明扑翼飞机的翼面气动力装置前缘襟翼，后缘襟 翼及翼尖操纵的俯视图。
图13是示出本发明扑翼飞机翼掌前伸后掠的俯视图。
图14是本发明另一实施例的扑翼飞机四片旋扑翼的整体结 构透视图。
图15是本发明又一种实施例的扑翼飞机操纵系统及结构的 透视图。
图16是本发明再一实施例的扑翼飞机中心轮传动系统的结 构图。
图17是本发明扑翼飞机下扑翼侧视飞行力学图。
图18是本发明扑翼飞机上扑翼侧视飞行力学图。
本发明的最佳实施方式
图1-2和6-13显示了本发明扑翼飞机200的一个实施 例，它是由上直翼A、扑翼支撑框架B、机舱C、扑翼D、尾翼 E、水陆行驶起落架F、动力系统、传动系统、操纵系统所组成。
上直翼A是一对前部向上拱起且自中部向两端呈大约15°上 反角的平面翼，设置在机身的上部，其后部与支撑框架B后部管 件114、115相扣接，前部通过仰角扣12与框架前部管件112、 113相套接，上直翼A的仰角可在正负30°范围内由机舱右侧的 上直翼仰角控制器34调整。在扑翼飞行时，上直翼可起到平衡及 提高升力的作用，正如甲壳昆虫在起飞与飞行中甲壳翼的作用，尤 其是在高频率快速飞行时，上直翼配合机身后部的螺旋桨推进器， 可提高扑翼飞机的稳定性。该翼可用柔性材料制成平面翼，也可制 成充有惰性气体的气囊翼。作为辅助翼，也可以拆除。
扑翼支撑框架B设置在机身的中部，由四根竖向管件112、 113、114、115，其上部与上直翼A相连接，下部与机舱C相 连接，在竖向管件的中部或下部连接着四根横向管件74、74′和 76、76′，构成左右扑翼支撑主翼梁；在框架的两侧，是环形传 动装置G，该装置可为扑翼提供动力，同时也标定扑翼运动的原 始轨迹(参见图2)。
在图8中，机舱C位于支撑框架B与水陆行驶起落架F的之 间，主要是由四根纵向管件138、139、140、141与前后两个椭 圆形管件142、143相连接，在椭圆管件的前后端各有一个U型 管件144、145与之相连接，在U形管件的弯曲处，上下各有4 根弯曲管146、147、148、149、150、151、152、153， 一端与U型管件相连接，另一端与椭圆形管件相连接，形成一个 流线形机舱框架。机舱内除装有动力系统，操纵系统外，前后各设 一个驾驶员及乘客座椅，驾驶员座椅的前面是高度表、空速表、磁 罗盘等仪器的仪表板(图中未示)。
在图1、2和6中，扑翼D包括左扑翼D1和右扑翼D2，分 别位于机身的两侧，扑翼D是由主翼梁74、75、76，主关节77、 78、79；中翼梁80、81、82，中关节83、84；前翼梁85、 86、87，前关节88、89、90；掌翼梁91、92、93；掌关节 94、95、96及翼掌所组成，它们的结构及连接关系如下：
1)主翼梁与主关节分别是主前梁74、主中梁75、主后梁76、 主前节77、主中节78、主后节79所组成。主前梁和主后梁是可 伸缩梁，它们一端与框架B相连接，另一端与主前节、主后节相 连接；主中梁也是一个伸缩梁，一端是凸形球关节与环形传动装置 上的凹形球关节相套接形成球关节16，另一端穿过主关节，在中 部与主中节相套接；主中节也是一个球形关节，是主中梁的支点， 主关节77、78、79是扑翼的支点关节，在来自于主中梁力矩的 作用下，主关节球上下转动使扑翼上下扑动；
2)中翼梁与中关节分别是由中前梁80、中心梁81、中后梁 82、中前节83、中后节84所组成。中前梁与中后梁的一端分别 与主前节、主后节相连接，另一端分别与中前节、中后节相连接； 中心梁是主中梁在中翼梁段的延伸，在来自于主中梁力矩的作用 下，中翼梁与中关节段的作用是在扑翼上下扑动时，使扑翼的翼中 心产生前后移位，即上扑时由后下方扑向前上方，下扑时由前上方 扑向后下方，翼尖在空间划过的轨迹呈螺旋形；
3)前翼梁与前关节分别是由前前梁85、前中梁86、前后梁 87、前前节88、前中节89、前后节90所组成。前前梁和前后梁 都是可控的伸缩梁，它们的一端分别与中前节、中后节相连接；另 一端分别与前前节、前后节相连接，前中梁是主中梁在前翼梁段的 延伸，端部是前中节，前翼梁与前关节段的作用是，在左右翼盘 31、32的操纵下，两翼可前后伸展；
4)掌翼梁与掌关节分别是由掌翼前梁91、掌翼中梁92、掌 翼后梁93、掌前节94、掌中节95、掌后节96所组成。掌翼前梁 与掌翼后梁是可控的伸缩梁，它们的一端分别与前前节、前后节相 连接；另一端分别与掌前节、掌后节相连接。掌翼中梁是一个U 型梁，一端与前中节相连接；另一端与掌中节相连接，掌翼梁与掌 关节的作用是，在左右翼掌操纵盘35、36的操纵下，两翼翼掌可 前后伸展；
5)翼掌是由掌心盘97、掌环98、掌筋99、掌指D1-D9所 组成。掌心盘是套接在掌中节球的外部，掌指分别穿过掌筋、掌环、 固定在掌心盘上，形成翼掌扇面；掌环98卡在U型掌翼中梁内， 可加强翼掌与主翼间强度；
6)前中节89是扑翼的中心结点，结点的中心是张力线支柱 100，支撑着横向张力线101和纵向张力线102，可以用来加强扑 翼的刚性和强度。
图3示出了本发明扑翼飞机翼型结构的又一种实施例。在该 实施例中，主翼梁74、74′，76、76′与机身两侧的主翼环 239、239′相连结，主翼环的横梁241、241′中心是个球形转 动轴240、240′，轴心穿过中心轴10与机仓主梁138、139相 连结。当按一定角度上下转动主翼环时，可改变扑翼D′的正负 仰角；当以主翼环中心的球形转动轴240、240′为轴心，内外扭 转主翼环时，可改变扑翼D′的前伸后掠翼。
图7示出了本发明扑翼飞机翼型结构的另一种实施例。在该 实施例中，扑翼D-1是一个刚性翼。由主翼和翼掌构成。主翼 是由主翼梁74、75、76，主关节77、78、79，固定翼面128， 活动翼面129，主翼盘130所组成；翼掌部分是由掌翼纵梁91， 翼掌横梁92，掌翼盘97，掌翼固定面131所组成，掌翼盘97夹 在主翼盘130中间。在翼掌控制装置的作用下，掌翼可进行前伸后 掠；另外，在主中节球上有一个仰角支杆，端部是前拉线，拉线的 两端分别穿过主前节，主后节端部滑轮与仰角控制盘47相连(图 中未示)，在仰角控制装置的作用下，可实现扑翼仰角的改变。
尾翼E是一个可伸缩的扇形尾翼，位于机身的后部，通过尾 翼主梁126与机舱C相连接，(参见图1，11)尾翼前梁103与 中梁104之间是固定翼面。中梁以内是可伸缩翼面、尾翼的中部是 一个三角形的支撑框架105，框架的上面是上稳定翼106，左右两 边是伸力臂107、107′。支撑框架的内部是尾翼伸缩压杆 (108)，前端的尾翼正负仰角摇臂109与尾翼主梁126端部的球 形卡座127相卡接，构成一个可上翘下压，可放大缩小的扇形翼 面。
图2、8表示了本发明的扑翼飞机200所采用的三轮式水陆 行驶起落架F，该起落架是由前机轮7与主机轮6、6′构成，可 在地面上行驶起飞或降落，当在前机轮和主机轮安装上气囊框架 124和125、125′后，(气囊内可装入比空气轻的惰性气体)， 该起落架不仅可使飞机在地面而且也可在水面上行驶、起飞或降 落。在主起落架主梁71下面，设置一个螺旋推进器70，该推进器 的前端是一个台形齿轮68，该齿轮与主起落架中轴上的台形齿轮 69成直角相啮合；在机舱的左侧有一个推进器控制杆72与推进器 70的传动轴相连接。当启动主起落架机轮6、6′后，向前推动 推进器控制杆72，推进器的传动齿轮与主起落架中轴上的传动齿 轮相啮合，为螺旋推进器70提供飞机在水面上行驶的动力。
另外，图9还表示了本发明扑翼飞机另一种伸缩式行驶起落 架F1的实施例。该起落架F1是由前机轮主梁上的脚踏盘132在人 体动力的作用下，拉动该盘上的两根提升拉线133和134，提升线 133向后分成4根拉线分别穿过起落架主梁135和135′两侧的滑 轮，固定在起落架伸缩梁136和136′上部的两侧；提升线134 向前下方分两条拉线穿过前主梁27两侧的滑轮，固定在前轮伸缩 梁137的两侧。另外，变速箱2左侧的传动轮3通过传动带4与传 动轮120相连接。传动轮120的外侧是台型组合齿轮121和122， 与齿轮122以伸缩轴220同轴的台型齿轮123与起落架传动轮5 相啮合，为地面行驶提供动力；当飞机在起飞或降落，需要升高起 落架时，可用下肢力量踩动脚踏板17驱动脚踏盘132转动，在提 升拉线133和134的拉力下，起落架主梁135和135′向上升起或 伸缩梁136和136′向下伸出。也可通过传动中心轴上的传动轮 21传递机械动力，提升起落架F1。当起落架上升到一定高度后， 向后扳动起落架升降控制杆221锁定脚踏盘132，起落架被限定在 一定高度。起落架的升高，便于加大扑翼的幅角，提高升力。有利 于起飞和降落。
图1和图2表示了本发明的扑翼飞机200的动力系统，该飞 机的动力源分为机械动力和人体动力两部分：
1)机械动力系统是在机舱的下部安装一台25～50马力的活 塞发动机1。该发动机的动力轮在传递动力时，可分为两路传递， 一路是通过传动带传递给从动轮24，然后由传动带28传递给螺旋 桨转动轮25，为螺旋桨26提供后推备用动力；另一路是通过传动 轴传递给齿轮变速箱2，经过变速箱内齿轮组合后分离出左右两个 传动轮，左侧传动轮3通过传动带4与主起落架传动轮5相连接， 可提供飞机在起落前后地面或水面行驶的动力；右侧传动轮通过传 动带8与传动中心轴10上的传动轮9相连接，为扑翼框架两侧环 形传动装置提供动力；
2)人体动力传动系统是在机舱的前端，有一个人体动力传动 装置，它是由左右脚踏板17、17′，大轮盘18、小轮盘19构成。 大轮盘通过齿轮链条20与传动中心轴上的轮盘21相连接，可为环 形传动装置提供人体扑翼动力；小轮盘通过齿轮链条22与变速箱 上的同轴轮盘23相连接，可为飞机在地面或水面行驶提供人体动 力。当飞机升空后，可关闭发动机，利用人体动力及扑翼上的气动 力装置进行空中飞行。当拆去该飞机上的发动机1，齿轮变速箱2 及机械动力的其它附属装置后，所述飞机即成为人力扑翼飞机。
图1-2示出了本发明扑翼飞机200的传动系统，该系统是 一种环形传动装置G，设置在扑翼支撑框架B的左右两侧，是由 环形底盘和环形轨道构成环形轨道底盘11，在环形轨道中间有一 个槽形滑轮，在该滑轮的内外侧各固定有一个圆盘，每个圆盘上下 都对称地分布着四个滚动轮与环形轨道内外平面相切(图中未 示)，于是在环形轨道上构成一个滚动轮盘12，轮盘的外侧是固 定在环形链条13上，环形链条是与环形轨道底盘上下的齿轮14、 15相连接(参见图2)。环形链条的外侧固定的是凹型球关节， 该凹型关节与主中梁端部的凸型关节相套接，形成一个可上下、左 右旋转90°的球型关节16，在发动机的作用下，传动中心轴上的 传动轮9将带动环形传动装置G上的传动齿轮盘14、14′和 15、15′转动，同时环形齿轮链条上的滚动轮盘12、12′将沿 环形轨道前后、上下运行，当滚动轮盘在环形轨道上由下后方向上 前方运动时，扑翼就由上前方扑向下后方；当滚动轮盘在环形轨道 上由上前方向下后方运动时，扑翼就由下后方扑向上前方，翼尖在 飞行中划过的轨迹呈螺旋形，我们把这种没有人为操纵纯机械运动 的扑翼飞行方式，称为原始扑翼飞行方式(或称为水平动力飞行)。
另外，图3示出了本发明扑翼飞机的另一种实施例。在该实 施例中，上直翼A是一个可拆装的附助翼，根据飞行的需要可由 机身两侧的连接点116、117、118、119处安装或拆除。机身是 由支撑框架B与机舱C构成为一个封闭的流线型机身BC。在该 实施例中，传动系统是一种椭圆轨道传动装置G1，设置在流线型 机身BC的两侧，可用来取代环形传动装置G，该装置是由大椭 圆轮盘175，小椭圆轮盘176构成椭圆轨道，在椭圆轨道中有中心 轴10，中心轴的两端是伸缩臂168、168′，伸缩臂的前端有一 个滚动轮192，在滚动轮的内侧是支撑轮196，外侧是凹型球关节， 该球关节与主中梁端部的凸型球关节相套接，构成一个可上下左右 旋转90°的球型关节16。在发动机的作用下，传动中心轴上的传 动轮9带动伸缩臂在椭圆轨道上运行，当伸缩臂端部的滚动轮192 在后半椭圆轨道上由下向上运行时，扑翼由上向前向下运动；当滚 动轮192在前半椭圆轨道由上向下运行时，扑翼由下向后向上运 动，在扑翼反作用力的作用下，当伸缩臂在上半椭圆轨道运行时， 支撑轮196沿小椭圆外形轨道运行。当伸缩臂在下半椭圆轨道运行 时，滚动轮192在大椭圆内环轨道运行，在椭圆轨道传动系统的作 用下，扑翼在扑动时，翼尖在空间划过的轨迹呈螺旋形，这种没有 人为操纵与控制的扑翼飞行方式，称为原始扑翼飞行方式。
同时，图4也示出了本发明扑翼飞机200的又一种传动系统 的实施例。该系统是由推拉臂传动装置G2构成，设置在扑翼支撑 框架B的左右两侧，可用来取代环形传动装置G和椭圆轨道传动 装置G1，该系统是由中心轴10和中心轴动力臂166、166′构成 中心曲轴。中心轴动力臂是可伸缩臂，动力臂的伸缩杆167通过拉 线与该力臂内侧的传动轮169相连接，在传动轮169的转柄上，有 两条拉线分别穿过中心轴两侧的滑轮170、171与移动盘172相连 接。移动盘的后部与菱形推拉杆173相连接，在菱形推拉杆后座 174的两侧，各有一条拉线与幅角绞盘177相连接。在支撑框架B 的两侧，各有一个竖直轨道178、178′，轨道的上下两端各有一 个滑轮179、180，在轨道的内部有一个槽形滑轮移动盘181、 181′可在轨道上下移动，在移动盘181的外侧连接一个扑翼拉丝 182，拉丝的两端分别穿过竖直轨道上下端的滑轮179、180与主 关节上下拉环183、183′相连接。另外，中心轴动力臂通过球关 节184与推拉臂185相连接，推拉臂的端部是一个可转动球关节 186固定在轨道移动盘181的内侧。在中心轴转动轮9的两侧，各 有一个传动轮187、187′分别通过链条188、188′与传动轮 189、189′相连接。在传动轮189、189′上各有一个同轴轮 190、190′由推拉杆与主中节端部的球关节16相连接，球关节 16的端部是一个转动轮191卡在导轨中可前后移动。该推拉臂传 动装置在发动机的作用下，传动中心轴上的传动轮9将带动中心曲 轴转动，当中心轴动力臂166、166′由上向下运动时、推拉臂 185把轨道上的移动盘181由上向下拉，这时，在扑翼拉丝向上的 拉力作用下，扑翼由下被拉向上方，同时，传动轮190上的推拉杆 把主中节端部的球关节由前向后推，使扑翼在向下扑动时，由上前 方扑向下后方，翼尖在飞行中划过的轨迹呈螺旋形，这种没有人为 操纵与控制的扑翼飞行方式，称为原始扑翼飞行方式或称为水平动 力飞行方式。
图5示出了本发明扑翼飞机200另一种传动系统的实施例。 该系统是由中心轴传动装置G3构成，设置在扑翼支撑框架B的左 右两侧，可用来取代环形传动装置G、椭圆轨道传动装置G1和推 拉臂传动装置G2。该装置是由中心轴10和中心轴动力臂194、 194′构成中心曲轴。中心轴动力臂是可伸缩臂，动力臂的伸缩杆 195通过拉线与该力臂内侧的转动轮197相连接，在转动轮197的 转柄上，有两条拉线分别穿过中心轴两侧的滑轮198、199与移动 盘205相连接。移动盘的后部与菱形推拉杆201相连接，在菱形推 拉杆后压202、202′的两侧，有一条拉线与幅角绞盘204相连 接。在中心轴传动轮9的两侧各有一个传动轮206、206′通过链 条207、207′与传动轮208、208′相连接。在传动轮208上有 一个同轴轮209，由推拉杆与主中节端部的球关节16相连接，球 关节16的端部是一个转动轮210，卡在导轨中可前后移动。中心 轴动力臂的端部通过球关节211、211′与推拉臂212、212′相 连接，推拉臂的端部是一个可转动关节213、213′与主关节上的 拱形支撑214、214′相连接。在发动机动力的作用下，传动中心 轴上的传动轮9将带动中心曲轴转动，当中心曲轴动力臂由上向下 运动时，推拉臂把扑翼由上向下拉，同时，传动轮209、209′上 的推拉杆把球关节16由前向后推，使扑翼在向下扑动时由上前方 扑向后下方；当中心轴动力臂由下向上运动时，推拉臂把扑翼由下 向上推，同时，传动轮推拉杆把主中节端部的球关节16由后向前 拉，使扑翼在向上扑动时，由下后方扑向上前方。翼尖在空中划过 的轨迹呈螺旋形，这种没有人为操纵的扑翼飞行方式称为原始扑翼 飞行方式或称为水平动力飞行方式。当向下扳动幅角绞盘把手 215、215′时，在拉线203、203′的作用下，菱形推拉杆收缩 带动移动盘向后移动，移动盘前部的转盘通过拉线向下拉动转动轮 197上的转柄，转动轮197向下转动，这时，中心轴动力臂伸缩杆 195、195′向外伸展，使扑翼的幅角增大，反之，向上扳动幅角 绞盘把手215、215′时，中心轴动力臂伸缩杆195、195′向内 收缩，使扑翼的幅角减小。
图6-13示出了本发明扑翼飞机200的操纵系统。该系统主 要是对主翼、翼掌、仰角控制装置、翼尖控制装置、前缘襟翼和后 缘襟翼控制装置、扑翼的频率、幅角及尾翼的操纵与控制。
在图2、6、8、11中，主翼是从主翼梁到前关节段为主翼 部分。其操纵与控制是，在前起落架的主梁上，装有左翼操纵盘 31和右翼操纵盘32。右翼控制盘的拉线148通过扑翼支撑桥40 一端固定在右翼前关节的前前节88上，另一端固定在前后节90 上，(左翼和右翼相同)。在方向盘110下面左右两侧各有一个左 翼盘控制把手29和右翼盘控制把手30，在原始扑翼飞行状态下， 当左右两个翼盘控制把手同时向前推动时，左右两翼前翼梁的前前 梁85、85′向内收缩，前后梁87、87′向外伸出，这时，左右 主翼向前伸展，飞机重心后移，机头向上成正仰角抬起，飞机向上 进入爬升状态；(见图6)当左右翼盘控制把手同时向后拉动时， 飞机左右主翼向后收缩，飞机重心前移，机头向下倾斜成负仰角， 飞机向下进入俯冲状态。当右把手向前推动，左把手向后拉动时， 右翼向前伸展，左翼向后收缩(参见图11)，这时，飞机突然失 去平衡，向左急转弯，反之，向右急转弯；当左把手原位不动，右 把手向后拉动时，飞机失去平衡向右盘旋，反之，向左盘旋；当左 右两把手回到原位并锁定后，飞机恢复到原始扑翼飞行状态作匀速 直线飞行。
图2、8、13表示了翼掌的操纵与控制。在前起落架主梁左 右翼操纵盘的上方，分别有左翼掌操纵盘35和右翼掌操纵盘36， 右翼掌操纵盘的拉线149通过扑翼支撑桥40，一端固定在掌关节 的掌前节94，另一端固定在掌后节96，(左翼掌和右翼掌相同) 在方向盘的下方，左右翼盘控制把手的外侧，各有一个左翼掌控制 把手33和右翼掌控制把手34，若把原始扑翼飞行看作匀速直线飞 行，这时所有的作用力和力矩都处在平衡状态下。如果这种平衡受 到外界作用力的干扰，就需要产生力矩来恢复平衡。在扑翼过程 中，翼掌的前后移动可以完成这两个作用，即保持平衡及平衡被破 坏后的恢复平衡。例如，当飞机出现纵向不平衡，即前重后轻，机 头向下倾斜时，可把左右翼掌操纵把手同时向前推动，这时掌翼前 梁收缩，掌翼后梁伸出，左右两翼掌同时向前伸展，克服飞机重心 的前移，维持飞机平衡飞机。(见图13)当飞机出现后重前轻， 机头上仰时，左右翼掌把手同时向后拉动，这时，左右翼掌会同时 向后掠翼，克服飞机重心后移，恢复飞机的平衡。当飞机出现横向 不平衡时，如左翼的升力大于右翼，飞机向右倾斜时，可把右翼掌 把手向前推，左翼掌把手向后拉，这时，右翼掌向前伸，左翼掌向 后掠，飞机开始向左倾斜，恢复横向平衡，反之亦然。上述飞机的 平衡，根据飞行的需要，翼掌也可和主翼、尾翼配合动作。
图6、8，表示了仰角控制装置的操纵。该装置是由机舱两 侧的仰角控制手盘43、手闸44、手扣45、控制盘46、控制盘脚 踏扣49、后拉线216及主中节下部的仰角控制摇盘47、摇杆48、 摇杆法兰165、摇杆拉力器217、前拉线218所组成(见图8、图 6)。前拉线的两端分别固定在掌前节的上部与下部，然后经过掌 心盘支柱219的上下端部的滑轮，再穿过掌后节上下部的滑轮，折 回穿过掌心盘97上下部的滑轮，中部与仰角控制摇盘47相连接； 后拉线的两端固定在摇杆48端部，而后经过主前节及主后节上的 滑轮及扑翼支撑桥，中部与仰角控制手盘43相连接。在原始扑翼 飞行状态下，扑翼的前缘与后缘可看作近似水平的上下运动，扑翼 的仰角可作为零度，这时，如果要想使飞机获得更大的升力和推 力，加快飞行速度，可改变扑翼上下扑动时的仰角，即手握仰角控 制把手，用大姆指按把手前端手扣45、手闸44会弹起，这时摇杆 失去手闸拉线向下的拉力，被摇杆拉力器拉进摇杆法兰卡座内，于 是在中翼梁前后位移的作用下，当扑翼由下向上扑动时，摇杆法兰 在中翼梁的带动下由前向后移，卡在法兰卡座上的摇杆48带动摇 盘47向后转动，在前拉线拉力的作用下，扑翼的前缘向上抬起， 后缘向下压，扑翼的仰角增大成正仰角；当扑翼由上向下扑动时， 中翼梁上的摇杆法兰在中翼梁的带动下，由后向前移动，卡在法兰 卡座上的摇杆48带动摇盘47向前转动，在前拉线拉力的作用下， 扑翼的前缘向下压，后缘向上翘起，扑翼的仰角减小，成负仰角， 正负仰角相差约+30°～-30°，前后移动中翼梁上的摇杆法 兰，可调整正负仰角的大小。当手握仰角控制把手时，四指用力可 合上手闸、手扣会自动把手闸扣上，这时，摇杆在手闸拉线向下的 拉力下，脱离法兰卡座，于是仰角的改变受控于机舱内仰角控制手 盘。向上扳动把手时，扑翼成正仰角，向下按时，扑翼成负仰角。 当踩下控制盘脚踏扣49，方向盘110可转动控制盘46，控制扑翼 的仰角。对于扑翼飞机来说，扑翼仰角的操纵很重要，如能够机动 灵活地调整扑翼的仰角，会取得良好的飞行效果。
同时，图6、8、13也表示了翼尖控制装置的操纵，该装置 是由机舱两侧的翼尖控制盘50、翼尖控制手闸51、翼尖控制手扣 52、后拉线155及仰角控制摇盘上部的翼尖控制摇盘54、摇杆55、 翼尖控制摇杆法兰56、摇杆拉力器156、前拉线157所组成。翼 尖前拉线中部与控制盘54相连接，而后穿过掌心盘上下部滑轮， 两端分别固定在翼尖摇柄158上下端。在原始扑翼飞行中，翼尖是 和整个翼面自上而下地扑动，当手握翼尖控制盘把手，用大姆指按 动把手端部的手扣52时，翼尖控制手闸51被弹起，这时，翼尖控 制摇杆失去手闸拉线的拉力，被摇杆拉力器拉进摇杆法兰卡座内， 于是在前翼梁位移的作用下，当扑翼由上向下扑动时，翼尖向下压 并向内弯曲；当扑翼由下向上扑时，翼尖向上翘起，当手握翼尖控 制把手，四指用力合上手闸时，手扣自动把手闸扣上，这时，翼尖 控制摇杆在手闸拉线的拉力下脱离法兰卡座，于是翼尖的改变受控 于机舱内的翼尖控制盘50。当向上扳动把手时，翼尖向下压并向 内弯曲。向下按动时，翼尖向上翘起，把手放在中部并锁定时，翼 尖恢复到原位，在扑翼飞行及滑翔中，调整扑翼的翼尖，可获得最 佳的气动力及减少翼尖涡流。
图6、8、13示出了前缘襟翼与后缘襟翼控制装置的操纵：
1)前缘襟翼控制装置的操纵，是由机舱右侧的襟翼脚踏盘 57、操纵拉线159、前缘襟翼58、前缘襟翼摇臂59所组成。前 缘襟翼平时依附在扑翼的前缘，当向下踩动襟翼脚踏盘57、扑翼 前缘下面的摇臂下端被拉线向后拉，同时上端向前推动前缘襟翼向 前下方展开；当脚踏盘失去踏力，前缘襟翼又附贴在扑翼的前缘 上。飞机通常在爬升、着陆或仰角较大时，展开前缘襟翼，增加翼 面的弯度，提高升力或防止失速。
2)后缘襟翼控制装置的操纵，是由机舱左右两侧后缘襟翼控 制杆73、73′，操纵拉线160，后缘襟翼60、60′，后襟翼摇 臂61、61′所组成。当操纵杆向后拉时，后缘襟翼前梁上的摇臂 的下端被拉向下方，这时，后缘襟翼向下压，并向内弯曲；当操纵 杆向前推动时，该摇臂上部被拉向上方，这时，后缘襟翼向上翘起， 飞机通常在起飞，爬升或降落时，后缘襟翼向下压，使飞机在低速 飞行时，保持足够的升力。
扑翼频率的操纵与控制(参见图2)：在变速箱2的前部有 一个扑翼频率调频装置62，该装置把扑翼的频率每秒8～60次划 分成四个挡位(图中未示)，由调频控制杆63控制。当调频控制 杆由前向后扳动一挡位时，扑翼的频率每秒可达8～15次，该挡 为慢速挡位；当调频控制杆扳到二挡时，频率每秒可达15～30 次，该挡为低速挡位；当调频控制杆扳到三挡时，扑翼的频率每秒 可达30～50次，该挡为中速挡位；当调频控制杆扳到四挡时，扑 翼的频率每秒可达60次以上，该挡为高速挡位。该扑翼飞机之所 以能够突破扑翼频率的障碍，实现高频率飞行，这与鸟类的扑翼飞 行方式有所不同，大部分鸟儿的扑翼频率很难突破每秒10次以上 的频率，而大多数昆虫则是以每秒超过50次的拍翅频率飞行。其 原因不仅是生理上的，而且也是翼型结构及扑翼方式上的局限。鸟 在飞行中两翼扑动时，下扑时整个翼可以看作是一个整体向下扑 动，上扑时翼面不再是作为一个整体向上抬起，而是先举起肱骨， 而后前肢很快扑到最高点，这样上下扑动完成一个周期，在10毫 秒以下的时间内很难实现的。该扑翼飞机与鸟类的扑翼方式有所不 同的地方在于，扑翼飞机两翼扑动时已不再是纯粹的上下扑动，而 是在传动装置，如环形传动装置G或椭圆轨道传动装置G1等的作 用下，两翼在上下扑动的同时伴随着旋转(参见图10)，这样就 把如鸟类上扑时产生的阻力变成了升力，同时，也克服了两翼在高 频率上下扑动时，会因共振现象给材料带来破坏力，从而提高扑翼 的频率。扑翼上下扑动每完成一个周期，传动系统起着主导作用， 例如，在本实施例中，(参见图2)由于环形传动装置G的动力 来源于发动机，该装置下端的传动轮14，14′大约每旋转3周， 环形传动装置轨道上的滚动轮盘带动球关节上下左右将运行一 周，于是两翼上下扑动完成一个周期，又如，在椭圆轨道传动装置 G1中(参见图3)，伸缩臂在轨道中每运行一周，将驱动扑翼上 下运动一个周期，若把发动机的正常工作转速定为每分钟5000 转，那么在椭圆轨道传动装置G1的作用下，该扑翼飞机的扑翼频 率每分钟可高达3000次以上。
扑翼的幅角是由机舱两侧的幅角脚踏盘37、37′所操纵与 控制的(参见图2、8、10)。幅角控制线38、38′两端分别 穿过主前梁74，与主后梁76、固定在主前节77与主后节79上。 另两端合二为一固定在幅角脚踏盘37上。在主前节与主前梁，主 后节与主后梁之间，各有一个扑翼支撑桥40、41，除幅角控制拉 线外，所有的扑翼控制拉线，都布设在桥面上，在幅角脚踏盘的前 端有一个幅角脚踏板42，在脚踏板的中部有一个脚踏扣39，当下 踩脚踏板42，主翼梁向内收缩，扑翼支撑桥向上拱起，这时，扑 翼的幅角增大；当脚踏板失去下踩作用力时，脚踏扣39把脚踏盘 37锁定。这时扑翼的幅角也被限定。在脚踏动力的作用下，脚踏 盘37可在三个挡位上限定幅角，使幅角可在45°～90°范围内 变动。
图1、8、11表示了尾翼的操纵与控制，在机舱的左侧有一 个尾翼仰角控制杆64，尾翼仰角控制拉线161的两端分别固定在 尾翼摇臂109的上下端，中部与控制杆64相连接。控制杆64的上 端是尾翼仰角控制手扣65，在机舱的左前方是尾翼收缩控制脚踏 板66，脚踏板的前端是脚踏扣67，脚踏板拉线162穿过尾翼主梁 126固定在尾翼伸缩压杆108上。当调整尾翼的仰角时，大姆指向 下按动控制手扣65，向前推动仰角控制杆，这时，尾翼的后缘向 上翘起；当向后拉动仰角控制杆时，尾翼的后缘向下压；当控制杆 手扣失去大姆指的压力后，仰角控制杆被锁定，尾翼会被固定在上 翘、水平或下压某一个状态下；当尾翼翼面需要收缩时，用左脚向 前蹬踏控制脚踏板66，控制拉线向下拉动尾翼伸缩压杆108，这 时，尾翼左右两侧的伸力臂向内收缩，于是可收缩翼面被伸缩压杆 108压进尾翼三角形支撑框架105内，形成下稳定翼，尾翼被收缩 (参见图11)。当脚踏板失去脚踏动力后，伸缩压杆失去向下的 拉力，尾翼左右伸力臂把被压缩的翼面向外弹出，于是翼面积放 大。当脚踏板被踏到一定力度时，前脚掌向上翘起，脚踏扣向上弹 出，脚踏板被锁定，这时，尾翼伸缩也被限定。在尾翼伸缩脚踏板 的控制下，尾翼面积的大小可在3∶1的范围内伸缩。
图14示出了本发明另一种扑翼飞机200-1的实施例。该实 施例200-1与以上所述的实施例200不同之处主要在于机翼及机 翼的运动方式(见图1、3)。该飞机具有AD1、AD1′和AD2、 AD2′四个机翼(也可是两个或八个翼)。翼的形状近似鸟翼，也可 是其它的形状。如机翼AD1的前部有气窗222，后部以次排列着 缝翼223，主翼梁224的中部是翼盘225，翼盘的内侧是主翼，外 侧是翼掌226。在中心轴10的两端是一字形伸缩臂227、227′(也 可是十字形装八个翼)。伸缩臂的端部是滚动轮228、228′和 229、229′。如AD1翼的主翼梁根部穿过滚动轮228，向后折成 90度角与椭圆轨道G1内侧偏后的导向盘230上的导向轮231相连 接。导向盘230可上下内外移动，用来变换机翼的仰角和翼形以适 应飞行的需要。当向上扳动导向盘控制器把手237、237′时、翼 的前缘向下压成负仰角；当向下扳动导向盘控制器把手237、237 ′时，翼的前缘向上抬起成正仰角。在方向盘110的左右侧各有一 个翼掌控制器把手238、238′有来调整翼掌的伸缩。当同时向后 推动翼掌控制器把手时，导向盘向外移动，在翼面后部拉丝233、 233′和234、234′的作用下，翼掌向后收缩；当同时向前扳动 翼掌控制器把手238、238′时，导向盘向内移动，在翼面前部拉 丝235、235′和236、236′的作用下，翼掌向前伸展。当向后 扳动右把手238的同时向前推动左把手238′时，机身右侧的两翼 翼掌向后收缩，左侧两翼翼掌向前伸展。反之亦然。当在发动机动 力的作用下，中心轴上的转动轮9带动伸缩臂227、227′在椭圆 轨道G1上运行时，上机翼AD1和AD1′由上向前向下向后运动并 且翼掌向下扭转，这时在气动力的作用下，翼后部的缝翼223、 223′之间的缝隙被闭合，前部的气窗222、222′被关闭。作用 在翼面的气流被扑向后下方，对翼面产生一个强有力的反作用的升 力和推力；同时，下机翼AD2、AD2′由下向后向上向前运动并 且翼掌向上扭转，同样在气流的作用下，翼后部的缝翼之间的缝隙 和前部的气窗被来自于上方的气流打开，减少翼面上扑的阻力。在 上述运动中，由于导向装置的作用，使得两翼上下交错运动时，都 保持平面运动，并且每完成一个旋转周期，机身左右两侧的四个机 翼都能在沿弧形下扑运动中先后获得充分的升力和推力。这种运动 方式，可称为四片旋扑翼运动方式，进一步也包括六片和八片旋扑 翼运动方式。
图15示出了本发明又一种扑翼飞机200-2的实施例。
在该实施例中，扑翼BD，BD′是一对开缝翼，翼的后缘依 次排列着缝翼242、242′。主翼梁243、243′的根部伸入到机 舱内，连结在可上下左右转动的摇盘244、244′上。在摇盘的外 侧设有仰角摇臂245、245′，通过拉线246、246′与机舱左侧 的仰角控制器247相连结。在仰角控制器的下部有导杆248与导轮 249相连接。导轮249与传动中心轴10上的同径传动轮250相啮合。 在传动轮250、250′的上方，各有一个同径导轮251、251′与 之相啮合，在导轮251、251′上各有一个导杆252、252′与翼 掌摇臂253、253′相连接。翼掌摇臂通过拉线254、254′分别 与翼掌主肋255、255′相连接。在发动机动力的作用下，传动中 心轴驱动扑翼开始上下扑动，同时传动轮250、250′也带动仰角 驱动导轮249和翼掌驱动导轮251、251′开始工作。当扑翼BD、 BD′自上向下扑动时，翼面后缘的缝翼242、242′在下方气流 的作用下被闭合，翼面前缘在仰角控制器的作用下向下偏转成负仰 角，同时，翼掌向前伸展并向下扭转；当扑翼BD、BD′自下向 上扑动时，来自上方的气流把翼面后缘的缝翼打开。部分气流从缝 隙中流过，翼面前缘向上偏转成正仰角，同时，翼掌向后掠并向上 扭转。扑翼在上扑时翼面所发生的变化，有利于减少上扑时的阻 力，并可获取部发升力和推力。当合上仰角控制器247把手上的手 闸256时，把手顶部的手扣257弹出，这时仰角控制器脱离机械动 力的控制，有人力操纵，当向前推动控制器把手时，扑翼成负仰角， 向后扳动时，扑翼成正仰角。另外，在机身的两侧设有翼环257、 257′用来调整主翼的前伸后掠，翼环通过拉线258、258′与前 起落架主梁上的操纵盘31，32相连接，并由方向盘下方的操纵盘 把手29，30操纵，当同时向前推动操纵盘把手29，30时，扑翼 BD，BD′同时向前伸展；当向后扳动两把手，两翼同时向后掠。 另外，在中心轴动力臂259、259′上设有伸缩杆260，260′控 制扣261、261′，扣柄的端部有两条拉线分别穿过中心轴两侧的 滑轮262、263与移动盘264相连接。移动盘的后部与菱形推拉杆 265、265′相连接。在菱形推拉杆后座266、266′两侧，有一 条拉线267、267′与幅角控制器把手268、268′相连接。扑翼 的幅角可在45°-60°-90°三个角度上由幅角控制器进行变 换，45°调至60°时，手握幅角控制器把手，在扑翼由下向上运 行时，四指用力合上手闸269，269′并随即放松，这时设在中心 轴动力臂上的伸缩杆控制扣261、261′脱离扑翼45°挡位，伸 缩杆260，260′在扑翼向上反作用力下向外伸长，被控制扣锁定 在60°挡位；90°调至450°时，可在扑翼由上向下运动时，四 指用力合上手闸并随即放松，在扑翼向上的反作用力下伸缩杆向内 收缩时，被控制扣锁定在45°挡位上。扑翼幅角的调整在飞机起 飞或降落时是很有用的。
图16示出了本发明扑翼飞机再一种中心轮传动系统的实施 例。该系统是由中心轮269和导杆270构成传动装置，传递扑翼动 力。扑翼的主翼梁271、271′通过球形转动支轴272、272′与 机舱相连接。主翼梁的内端是可伸缩结构，端部是球形关节273、 273′，通过球座274与导杆270相连接。在球座与导杆的连接处， 还有一连杆275与主翼移动器276相连接。在机械动力的作用下， 中心轮传动装置将驱动扑翼上下扑动，向前或向后扳动主翼移动器 把手277，扑翼可前伸后掠。
图17，18表明了扑翼飞行的力学原理，扑翼飞机能否飞行， 以什么方式飞行，这使人们不觉会想到空中的飞鸟。看起来，鸟的 飞行很简单，其实，从空气动力学的角度来讲，鸟的扑翼飞行是相 当复杂的。和其它飞行器一样，扑翼飞机也需要升力来克服自身的 重力，需要推力克服前进的阻力。现代的飞机大多是通过涡喷或涡 轮发动机的螺旋桨，产生推力，靠气流流经刚性直翼上下面的压力 差产生升力，实现空中飞行；旋翼直升机，则是通过机身上部一副 巨大的旋翼产生升力，利用后部尾桨产生的推力和拉力形成与旋翼 反作用扭矩方向相反的平衡力矩，来实现直升机在空中的飞行。而 扑翼飞机要实现空中飞行，就需要扑翼既要产生出升力来克服其自 身的重量，同时又要产生推力抵挡前进的阻力。扑翼是怎样产生升 力和推力的，扑翼产生的升力和推力能否克服自身的重力和前进的 阻力，使该飞机在空中飞行。如在环形传动装置的作用下，扑翼D 的前缘沿着运行轨迹，自上而下由A运行至B，自下而上由B运 行到A，完成一个周期(见图17)，当该飞机以每秒15次的扑 翼频率，在仰角控制装置的作用下，自上而下由A扑到a的某一 瞬间，作用在翼面上0点的空气动力F可分解为升力F1和阻力F2， 由于扑翼前缘下压成负仰角，从上前方A向下后方B沿弧线运动， 翼面感受到的相对气流V0来自于前下方，在作用点0上产生一个 瞬间推力。所以空气动力F在作用点垂直方向的前方倾斜成一个角 度θ。升力F1向上前方倾斜，阻力F2沿气流V0方向与升力F1垂 直。在扑翼下扑动力的作用下，流进翼面的气流被集中加速推向机 翼的后下方C处。根据牛顿第三定律，气流对翼面会产生一个大 小相等，方向相反的反推力，所以，扑翼自上而下由A沿弧线扑 到B时，能产生足够的升力和推力。
当扑翼自下而上由B扑到b的某一瞬间(参见图18)由于扑 翼向上运动，作用到上翼面的气流分量Vs来自于上前方，同时， 由于扑翼是自下而上成正仰角向前上方沿弧线运动，下翼面感受到 的气流Vm来自于前下方，因翼面是倾斜向上成正仰角，作用在上 下翼面气流分量的合成V0偏向平行线的下方，在下翼面作用点0 处，空气动力F偏向垂直方向的后方，分解成沿气流V0方向的阻 力F2和垂直于阻力F2的升力F1，可见，扑翼自下而上由B沿弧 线扑到A时，主要产生的是升力。
当扑翼的仰角处于水平状态，飞机进入原始扑翼飞行时，扑 翼自上而下由A扑到B，气流被推向后下方的D处，这时，推力 相对减小，升力相对增加；当自下而上由B扑到A时，升力相对 减小，阻力相对增加。这时，飞机进入原始扑翼飞行下的匀速直线 飞行状态。
本发明扑翼飞机在材料的选用上，构成载荷支撑结构的管 件，如上直翼A，扑翼支撑框B、机舱C、水陆行驶起落架F及 扑翼、尾翼翼梁等构件，是采用钛合金、尼龙、碳素纤维复合材料 或其它类似的航空新材料构成。
通过阅读本说明书，本技术领域里的普通技术人员可以看出 本发明能够实现前面所述的所有目的，并能够对本发明作出种种改 进以及等同代换，因此本发明的保护范围如权利要求所述，而且不 限于上面的说明和阐述，在权利要求范围以内所有改变、变型都属 本发明的保护范围。
工业应用
本发明的扑翼飞机可用于空中旅行、交通管理、森林、农田 的防护及各种空中作业，是理想的空中交通工具，也可作为航模玩 具。