高壓氣體驅(qū)動(dòng)的撲翼機(jī)，全3D打印機(jī)械結(jié)構(gòu)

氣體驅(qū)動(dòng)撲翼機(jī)。

這架機(jī)械撲翼機(jī)完全由單個(gè)二氧化碳?xì)夤尢峁┑臍怏w驅(qū)動(dòng)，其動(dòng)力來(lái)自定制的雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)、行星齒輪以及一系列聯(lián)動(dòng)裝置。這些部件協(xié)同工作有望將這只機(jī)械鳥(niǎo)送上天空。

撲翼機(jī)是一種通過(guò)像鳥(niǎo)類(lèi)一樣拍打翅膀來(lái)飛行的機(jī)器，這次的計(jì)劃是打造一臺(tái)動(dòng)力足夠提升自己且效率足夠高、能在某個(gè)部件損壞前至少在空中停留幾秒的發(fā)動(dòng)機(jī)。和之前一樣，這次的目標(biāo)是完全通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)這一切，沒(méi)有任何電子設(shè)備。

這里選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理類(lèi)似內(nèi)燃機(jī)，活塞在氣缸中上下移動(dòng)，通過(guò)連桿與曲軸相連以提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。當(dāng)然，該發(fā)動(dòng)機(jī)的不同之處在于能量來(lái)源是壓縮空氣或氣體。

為了讓氣體進(jìn)入氣缸，在活塞頂部使用了一個(gè)銷(xiāo)釘。當(dāng)活塞到達(dá)行程頂端時(shí)，銷(xiāo)釘將一個(gè)球體從密封件上推開(kāi)，使氣體充滿(mǎn)氣缸并將活塞推回下方。這個(gè)設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處在于密封氣缸中的活塞，它使用了一個(gè)O型環(huán)。但這個(gè)O型環(huán)的設(shè)計(jì)是僅當(dāng)高壓空氣進(jìn)入氣缸時(shí)才允許空氣通過(guò)，O型環(huán)會(huì)膨脹形成氣密密封。

然后在活塞行程底部，O型環(huán)經(jīng)過(guò)開(kāi)口端口，使空氣逸出O型環(huán)恢復(fù)正常尺寸，設(shè)計(jì)效果還不錯(cuò)。但它還需要一個(gè)飛輪，因?yàn)榛钊瑫r(shí)也是閥門(mén)的定時(shí)裝置，球體必須在活塞到達(dá)行程頂端之前被推開(kāi)密封件。所以如果系統(tǒng)中沒(méi)有足夠的動(dòng)量，空氣會(huì)壓倒飛輪并導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)回火，陷入惡性循環(huán)。

當(dāng)使用螺旋槳時(shí)，螺旋槳本身就起到飛輪的作用，但當(dāng)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的機(jī)翼改變方向時(shí)，除了發(fā)動(dòng)機(jī)自身的質(zhì)量外，沒(méi)有其他東西能維持其運(yùn)轉(zhuǎn)。關(guān)鍵在于理想情況下是在行程頂端或之后對(duì)閥門(mén)開(kāi)啟進(jìn)行定時(shí)，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就不會(huì)回火，甚至可能在完全沒(méi)有飛輪的情況下運(yùn)行。

將球閥移過(guò)來(lái)，并在曲軸上增加了一個(gè)凸輪驅(qū)動(dòng)的推桿。現(xiàn)在通過(guò)合適的凸輪輪廓，不僅可以在任何需要的時(shí)刻打開(kāi)閥門(mén)，還能根據(jù)需要保持閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)。這也增加了一點(diǎn)重量，但省去了飛輪的重量，值了。

接下來(lái)重新設(shè)計(jì)了一些部件，曲軸箱和曲軸仍為一個(gè)整體，但氣缸和閥門(mén)系統(tǒng)將可拆卸，以便于組裝和測(cè)試。通過(guò)在相對(duì)側(cè)增加第二個(gè)氣缸理論上應(yīng)該能夠?qū)?dòng)力翻倍，受夠了那種震骨的振動(dòng)，所以最終還是加了一個(gè)飛輪，現(xiàn)在好多了。

接下來(lái)用2升汽水瓶作為空氣罐，這些瓶子可以承受近120PSI的壓力，而且很容易插入一些空氣配件并進(jìn)行加壓。發(fā)動(dòng)機(jī)的速度由壓力決定，不過(guò)不需要全部120PSI的壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)在30到40PSI的壓力下運(yùn)行得更好，所以可以在氣罐和發(fā)動(dòng)機(jī)之間安裝一個(gè)空氣調(diào)節(jié)器，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在恒定壓力下運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。

在約4500RPM的轉(zhuǎn)速下獲得了超過(guò)30秒的運(yùn)行時(shí)間，這意味著可以調(diào)整變速箱在更高速度下提供更大扭矩。當(dāng)然這只是猜測(cè)，所以先從大約4：1的傳動(dòng)比開(kāi)始。由于機(jī)翼將直接連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上，需要給發(fā)動(dòng)機(jī)添加一種柔性輸出齒輪，這起到扭矩緩沖的作用，可以防止部件損壞。所以在剛性齒輪和底座之間嵌入一根TPU軸，它的柔韌性看起來(lái)恰到好處。

現(xiàn)在剩下的就是制作一個(gè)用于拍打機(jī)翼的聯(lián)動(dòng)裝置了。由于兩個(gè)機(jī)翼同時(shí)來(lái)回移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致重心不斷偏移，所以選擇了四個(gè)機(jī)翼，這樣就可以通過(guò)讓兩個(gè)機(jī)翼向一個(gè)方向移動(dòng)，另外兩個(gè)向相反方向移動(dòng)來(lái)平衡運(yùn)動(dòng)。

另外這個(gè)裝置還需要一個(gè)極其輕便的高壓調(diào)節(jié)器，它的工作原理是當(dāng)氣瓶擰入底部時(shí)會(huì)被刺穿使壓力進(jìn)入系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧可以打開(kāi)閥門(mén)，但一旦閥門(mén)打開(kāi)壓力就會(huì)推動(dòng)活塞關(guān)閉閥門(mén)，這將在反饋回路中持續(xù)進(jìn)行，只允許彈簧設(shè)定的壓力從調(diào)節(jié)器中流出。

測(cè)試這個(gè)裝置之前先快速梳理一下工作原理。首先850PSI的壓力通過(guò)這個(gè)調(diào)節(jié)器降低到150PSI，然后通過(guò)第二個(gè)調(diào)節(jié)器再次降低到30到40PSI，然后壓力被分流進(jìn)入每個(gè)氣缸的兩側(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)由此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。ENIT上方的變速箱將降低轉(zhuǎn)速但增加扭矩，最上方的機(jī)翼機(jī)構(gòu)會(huì)拍打機(jī)翼，希望這一切能協(xié)同工作，但拭目以待。

這東西現(xiàn)在還不能飛，經(jīng)過(guò)多次提升嘗試機(jī)翼僅產(chǎn)生約40克的推力，之前嘗試過(guò)用渦輪螺旋槳代替飛輪，推力達(dá)到了70克，但這有點(diǎn)作弊的嫌疑。由于整個(gè)裝置重量超過(guò)200克，還需要減輕相當(dāng)多的重量才能讓它飛起來(lái)。不過(guò)我們起碼成功構(gòu)建了一個(gè)能夠處理氣瓶極高壓力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一臺(tái)可以在該空氣供應(yīng)下全功率運(yùn)行近30秒的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及一個(gè)能夠使大表面積機(jī)翼每秒來(lái)回移動(dòng)20多次的平衡機(jī)翼平臺(tái)。有這個(gè)平臺(tái)為基礎(chǔ)，減輕重量和增加升力只是時(shí)間問(wèn)題。

好了今天的視頻就先到這里，感謝觀看我們下期再見(jiàn)。