高压气体驱动的扑翼机，全3D打印机械结构

气体驱动扑翼机。

这架机械扑翼机完全由单个二氧化碳气罐提供的气体驱动，其动力来自定制的双缸发动机、行星齿轮以及一系列联动装置。这些部件协同工作有望将这只机械鸟送上天空。

扑翼机是一种通过像鸟类一样拍打翅膀来飞行的机器，这次的计划是打造一台动力足够提升自己且效率足够高、能在某个部件损坏前至少在空中停留几秒的发动机。和之前一样，这次的目标是完全通过机械方式实现这一切，没有任何电子设备。

这里选择的发动机是活塞式发动机，其工作原理类似内燃机，活塞在气缸中上下移动，通过连杆与曲轴相连以提供旋转动力。当然，该发动机的不同之处在于能量来源是压缩空气或气体。

为了让气体进入气缸，在活塞顶部使用了一个销钉。当活塞到达行程顶端时，销钉将一个球体从密封件上推开，使气体充满气缸并将活塞推回下方。这个设计的独特之处在于密封气缸中的活塞，它使用了一个O型环。但这个O型环的设计是仅当高压空气进入气缸时才允许空气通过，O型环会膨胀形成气密密封。

然后在活塞行程底部，O型环经过开口端口，使空气逸出O型环恢复正常尺寸，设计效果还不错。但它还需要一个飞轮，因为活塞同时也是阀门的定时装置，球体必须在活塞到达行程顶端之前被推开密封件。所以如果系统中没有足够的动量，空气会压倒飞轮并导致发动机回火，陷入恶性循环。

当使用螺旋桨时，螺旋桨本身就起到飞轮的作用，但当旋转摆动的机翼改变方向时，除了发动机自身的质量外，没有其他东西能维持其运转。关键在于理想情况下是在行程顶端或之后对阀门开启进行定时，这样发动机就不会回火，甚至可能在完全没有飞轮的情况下运行。

将球阀移过来，并在曲轴上增加了一个凸轮驱动的推杆。现在通过合适的凸轮轮廓，不仅可以在任何需要的时刻打开阀门，还能根据需要保持阀门开启状态。这也增加了一点重量，但省去了飞轮的重量，值了。

接下来重新设计了一些部件，曲轴箱和曲轴仍为一个整体，但气缸和阀门系统将可拆卸，以便于组装和测试。通过在相对侧增加第二个气缸理论上应该能够将动力翻倍，受够了那种震骨的振动，所以最终还是加了一个飞轮，现在好多了。

接下来用2升汽水瓶作为空气罐，这些瓶子可以承受近120PSI的压力，而且很容易插入一些空气配件并进行加压。发动机的速度由压力决定，不过不需要全部120PSI的压力，发动机在30到40PSI的压力下运行得更好，所以可以在气罐和发动机之间安装一个空气调节器，使发动机能够在恒定压力下运行更长时间。

在约4500RPM的转速下获得了超过30秒的运行时间，这意味着可以调整变速箱在更高速度下提供更大扭矩。当然这只是猜测，所以先从大约4：1的传动比开始。由于机翼将直接连接到发动机上，需要给发动机添加一种柔性输出齿轮，这起到扭矩缓冲的作用，可以防止部件损坏。所以在刚性齿轮和底座之间嵌入一根TPU轴，它的柔韧性看起来恰到好处。

现在剩下的就是制作一个用于拍打机翼的联动装置了。由于两个机翼同时来回移动会导致重心不断偏移，所以选择了四个机翼，这样就可以通过让两个机翼向一个方向移动，另外两个向相反方向移动来平衡运动。

另外这个装置还需要一个极其轻便的高压调节器，它的工作原理是当气瓶拧入底部时会被刺穿使压力进入系统。通过调节弹簧可以打开阀门，但一旦阀门打开压力就会推动活塞关闭阀门，这将在反馈回路中持续进行，只允许弹簧设定的压力从调节器中流出。

测试这个装置之前先快速梳理一下工作原理。首先850PSI的压力通过这个调节器降低到150PSI，然后通过第二个调节器再次降低到30到40PSI，然后压力被分流进入每个气缸的两侧，发动机由此产生旋转运动。ENIT上方的变速箱将降低转速但增加扭矩，最上方的机翼机构会拍打机翼，希望这一切能协同工作，但拭目以待。

这东西现在还不能飞，经过多次提升尝试机翼仅产生约40克的推力，之前尝试过用涡轮螺旋桨代替飞轮，推力达到了70克，但这有点作弊的嫌疑。由于整个装置重量超过200克，还需要减轻相当多的重量才能让它飞起来。不过我们起码成功构建了一个能够处理气瓶极高压力的调节系统，一台可以在该空气供应下全功率运行近30秒的发动机，以及一个能够使大表面积机翼每秒来回移动20多次的平衡机翼平台。有这个平台为基础，减轻重量和增加升力只是时间问题。

好了今天的视频就先到这里，感谢观看我们下期再见。