Механическая модель крылового мотора насекомого

В модели решается задача моделирования механизма, воспроизводящего кинематику маховых движений крыльев быстромашущего насекомого путем использования дополнительных звеньев 5, 6, 7, 9, а также упругих элементов 13, 15 (фиг.1). Модель может быть использована в качестве привода машущих крыльев в летательных аппаратах.

Полезная модель относится к области летательных аппаратов с машущими крыльями и может быть использована при моделировании крылового мотора насекомых и привода машущих крыльев механических летательных аппаратов.

Известна действующая рабочая модель, объясняющая функционирование механизма движения крыльев у насекомого [1]. Элементы этой механической модели копируют и воспроизводят функциональные возможности различных частей локомоторного органа -грудного сегмента мухи. Рабочая модель содержит: проволоку, изображающую продольную спинную мышцу, резинку, изображающую плейростернальную мышцу, а также другие элементы, изображающие крыло, тергит, плечо скутеллума, плейрит.

Наиболее близкое известное техническое решение к предполагаемой полезной модели - кривошипно-ползунный механизм с установленными на зубчатых колесах противовесами [2], которое содержит ползун и на валах жестко укрепленные два одинаковые зубчатые колеса, снабженные двумя противовесами равной массы.

Недостаток аналога и прототипа заключается в ограниченности их возможности для воспроизведения кинематики махового движения крыльев природного объекта. Целью полезной модели является расширение ее функциональных возможностей за счет использования дополнительных звеньев для воспроизведения кинематики махового движения крыльев природного объекта.

Поставленная цель достигается тем, что механическая модель крылового мотора насекомого, содержащая кривошипно-полэунный механизм, состоящий из ползуна и на валах жестко укрепленных двух одинаковых зубчатых колес, снабженных двумя противовесами равной массы, дополнительно снабжена жестко соединенным с ползуном водилом, к краям которого симметрично шарнирно через серьги присоединены две ступицы, которые шарнирно соединены со стойкой, внутри каждой ступицы шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен Крыловой стебель с ограничителями его возвратно-поступательного перемещения, при этом ступицы соединены между собой упругим элементом, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена, через упругие элементы соединены со стойкой.

Новизна полезной модели состоит в том, что механическая модель крылового мотора насекомого дополнительно снабжена жестко соединенным с ползуном водилом, к краям которого симметрично шарнирно через серьги присоединены две ступицы, которые шарнирно соединены со стойкой, внутри каждой ступицы шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен Крыловой стебель с ограничителями его возвратно-поступательного перемещения, при этом ступицы соединены между собой упругим элементом, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена, через упругие элементы соединены со стойкой.

Кинематическая схема полезной модели представлена на фиг.1. Во. фиг.1 введены следующие обозначения:

1 - зубчатое колесо;

2 - противовес;

3 - шатун;

4 - ползун;

5 - водило;

6 -серьга;

7 - ступица;

8 - стойка (корпус);

9 - крыловой стебель;

10 - крыло;

11, 12 - ограничители;

13 - упругий элемент,

14 - конец крылового стебля, изогнутый в виде колена;

15 - упругий элемент,

16 - ограничительный упор.

В исходном положении, находящиеся в зацеплении и жестко укрепленные на валах два одинаковые зубчатые колеса 1, снабженные противовесами равной массы 2, шарнирно через шатуны 3 соединены с ползуном 4, к которому жестко присоединено водило 5. К краям водила 5 шарнирно через серьги 6 присоединены две ступицы 7, шарнирно соединенные со стойкой 8. Внутри каждой ступицы 7 шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен крыловой стебель 9 крыла 10. Для ограничения возвратно-поступательных движений крылового стебля 9 на нем установлены ограничители 11, 12. Ступицы 7 соединены между собой упругим элементом 13, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена 14, через упругие элементы 15 соединены со стойкой 8. Для ограничения возвратно-вращательных движений крыла 10 на ступице 7 установлен ограничительный упор 16.

Предлагаемая механическая модель крылового мотора насекомого работает следующим образом. Зубчатые колеса 1, вращаясь в противоположные стороны, через шатуны 3 приводят в движение ползун 4 и водило 5, которое совершает возвратно-поступательные

движения. Эти движения через серьги 6 передаются ступицам 7, которые совершают возвратно-вращательные маховые движения вместе с Крыловыми стеблями 9 и крыльями 10. Фаза опускания крыла 10 названа махом, поднятия - взмахом. Кроме этих движений со ступицами 7, крылья 10 совершают также и вращательные движения относительно своих продольных осей. Центры тяжести и центры давлений крыльев 10 расположены между их продольными осями и задними кромками. Поэтому вращательные движения крыльев 10 относительно своих продольных осей в конце маха и взмаха происходят автоматически под действием их инерционных сил. Фазы этих вращательных движений названы соответственно супинацией и пронацией. Взмах крыльев 10 происходит во флюгерном режиме. Угол вращения крыльев 10 при пронации ограничен ограничительными упорами 16. В фазе маха между фазами пронации и супинации крылья 10 совершают также принудительные вращательные движения относительно своих продольных осей. Эти движения названы маховосупинационными. Закон этих движений определяется упругими элементами 15. Тяга машущих крыльев 10 создается при их маховосупинационном движении.

Наличие упругого элемента 13 между ступицами 7 определяется необходимостью снятия ударной нагрузки с элементов конструкции в конце маха и взмаха крыльев 10. Благодаря этому элементу 13, кинетическая энергия крыльев 10 и ступиц 7 в конце маха и взмаха переходит в потенциальную энергию упругого элемента 13 с обратным переходом в кинетическую энергию крыльев 10 и ступиц в начале очередного взмаха и маха крыльев 10.

Проведен кинематический расчет для всех звеньев рассматриваемой полезной модели. Установлена схожесть законов углового движения, угловой скорости и углового ускорения продольных осей крыльев для рассматриваемой механической модели крылового мотора насекомого и природного объекта - мухи Phormiaregina [3, c.l97].

Положительный эффект состоит в том, что расширяются функциональные возможности привода машущих крыльев механических летательных аппаратов, например, беспилотных летательных аппаратов.

Предложенная механическая модель крылового мотора насекомого является механизмом, которому автором дано название "Автомат супинации".

Список литературы

1. Прингл Дж. Полет насекомых. - М: Иностранная литература, 1963. с.32 - аналог.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебн. для втузов. - 4 изд. Перераб. и доп. - М: Наука, 1988. с.291 - прототип.

3. Wemer Nachdgull. Diе kinematik der schlagf lugellewe gangen von diptenan. Zoologsches Institut der Universitat Munchen Zeitschrift fur vergleicheude Physiolqgie 52, 155-211 (1966).

Механическая модель крылового мотора насекомого, содержащая кривошипно-ползунный механизм, состоящий из ползуна и на валах жестко укрепленных двух одинаковых зубчатых колес, снабженных двумя противовесами равной массы, отличающаяся тем, что снабжена жестко соединенным с ползуном водилом, к краям которого симметрично шарнирно через серьги присоединены две ступицы, которые шарнирно соединены со стойкой, внутри каждой ступицы шарнирно, совпадая с ее геометрической осью, установлен крыловой стебель с ограничителями его возвратно-поступательного перемещения, при этом ступицы соединены между собой упругим элементом, а концы крылового стебля, изогнутые в виде колена, через упругие элементы соединены со стойкой.