高壓氣體驅(qū)動的撲翼機，全3D打印機械結(jié)構(gòu)

氣體驅(qū)動撲翼機。

這架機械撲翼機完全由單個二氧化碳?xì)夤尢峁┑臍怏w驅(qū)動，其動力來自定制的雙缸發(fā)動機、行星齒輪以及一系列聯(lián)動裝置。這些部件協(xié)同工作有望將這只機械鳥送上天空。

撲翼機是一種通過像鳥類一樣拍打翅膀來飛行的機器，這次的計劃是打造一臺動力足夠提升自己且效率足夠高、能在某個部件損壞前至少在空中停留幾秒的發(fā)動機。和之前一樣，這次的目標(biāo)是完全通過機械方式實現(xiàn)這一切，沒有任何電子設(shè)備。

這里選擇的發(fā)動機是活塞式發(fā)動機，其工作原理類似內(nèi)燃機，活塞在氣缸中上下移動，通過連桿與曲軸相連以提供旋轉(zhuǎn)動力。當(dāng)然，該發(fā)動機的不同之處在于能量來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銷釘。當(dāng)活塞到達(dá)行程頂端時，銷釘將一個球體從密封件上推開，使氣體充滿氣缸并將活塞推回下方。這個設(shè)計的獨特之處在于密封氣缸中的活塞，它使用了一個O型環(huán)。但這個O型環(huán)的設(shè)計是僅當(dāng)高壓空氣進(jìn)入氣缸時才允許空氣通過，O型環(huán)會膨脹形成氣密密封。

然后在活塞行程底部，O型環(huán)經(jīng)過開口端口，使空氣逸出O型環(huán)恢復(fù)正常尺寸，設(shè)計效果還不錯。但它還需要一個飛輪，因為活塞同時也是閥門的定時裝置，球體必須在活塞到達(dá)行程頂端之前被推開密封件。所以如果系統(tǒng)中沒有足夠的動量，空氣會壓倒飛輪并導(dǎo)致發(fā)動機回火，陷入惡性循環(huán)。

當(dāng)使用螺旋槳時，螺旋槳本身就起到飛輪的作用，但當(dāng)旋轉(zhuǎn)擺動的機翼改變方向時，除了發(fā)動機自身的質(zhì)量外，沒有其他東西能維持其運轉(zhuǎn)。關(guān)鍵在于理想情況下是在行程頂端或之后對閥門開啟進(jìn)行定時，這樣發(fā)動機就不會回火，甚至可能在完全沒有飛輪的情況下運行。

將球閥移過來，并在曲軸上增加了一個凸輪驅(qū)動的推桿。現(xiàn)在通過合適的凸輪輪廓，不僅可以在任何需要的時刻打開閥門，還能根據(jù)需要保持閥門開啟狀態(tài)。這也增加了一點重量，但省去了飛輪的重量，值了。

接下來重新設(shè)計了一些部件，曲軸箱和曲軸仍為一個整體，但氣缸和閥門系統(tǒng)將可拆卸，以便于組裝和測試。通過在相對側(cè)增加第二個氣缸理論上應(yīng)該能夠?qū)恿Ψ叮軌蛄四欠N震骨的振動，所以最終還是加了一個飛輪，現(xiàn)在好多了。

接下來用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)動機的速度由壓力決定，不過不需要全部120PSI的壓力，發(fā)動機在30到40PSI的壓力下運行得更好，所以可以在氣罐和發(fā)動機之間安裝一個空氣調(diào)節(jié)器，使發(fā)動機能夠在恒定壓力下運行更長時間。

在約4500RPM的轉(zhuǎn)速下獲得了超過30秒的運行時間，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，所以先從大約4：1的傳動比開始。由于機翼將直接連接到發(fā)動機上，需要給發(fā)動機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，它的柔韌性看起來恰到好處。

現(xiàn)在剩下的就是制作一個用于拍打機翼的聯(lián)動裝置了。由于兩個機翼同時來回移動會導(dǎo)致重心不斷偏移，所以選擇了四個機翼，這樣就可以通過讓兩個機翼向一個方向移動，另外兩個向相反方向移動來平衡運動。

另外這個裝置還需要一個極其輕便的高壓調(diào)節(jié)器，它的工作原理是當(dāng)氣瓶擰入底部時會被刺穿使壓力進(jìn)入系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)彈簧可以打開閥門，但一旦閥門打開壓力就會推動活塞關(guān)閉閥門，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。

測試這個裝置之前先快速梳理一下工作原理。首先850PSI的壓力通過這個調(diào)節(jié)器降低到150PSI，然后通過第二個調(diào)節(jié)器再次降低到30到40PSI，然后壓力被分流進(jìn)入每個氣缸的兩側(cè)，發(fā)動機由此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。ENIT上方的變速箱將降低轉(zhuǎn)速但增加扭矩，最上方的機翼機構(gòu)會拍打機翼，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)過多次提升嘗試機翼僅產(chǎn)生約40克的推力，之前嘗試過用渦輪螺旋槳代替飛輪，推力達(dá)到了70克，但這有點作弊的嫌疑。由于整個裝置重量超過200克，還需要減輕相當(dāng)多的重量才能讓它飛起來。不過我們起碼成功構(gòu)建了一個能夠處理氣瓶極高壓力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一臺可以在該空氣供應(yīng)下全功率運行近30秒的發(fā)動機，以及一個能夠使大表面積機翼每秒來回移動20多次的平衡機翼平臺。有這個平臺為基礎(chǔ)，減輕重量和增加升力只是時間問題。

好了今天的視頻就先到這里，感謝觀看我們下期再見。