CN101380999B - 风洞模型折叠变形机翼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主要用于风洞动态试验中测量变形飞行器气动力的风洞模型折叠变形机翼，将传统的整体机翼分割为机身、内翼、外翼等部分，把机身、内翼、外翼、连杆、铰链轴与利用精密机械装置控制的主动机构和从动机构耦合设计在一起，在内翼与机身、内翼与外翼的结合处设有两个相互平行的纵向铰链轴，内翼与机身的铰链轴为固定轴，内翼与外翼的铰链轴为从动轴，主动机构驱动内翼绕着固定轴进行旋转，同时带动从动机构，使从动轴绕着固定轴进行旋转，在实现机翼折叠变形运行过程中外翼弦平面始终保持与水平面平行状态。机翼折叠变形机构运转灵活，平稳无噪声，很好地承受模型的气动力和气动力矩，折叠过程实现数字化控制，折叠角度定位精确。

Description

风洞模型折叠变形机翼

(一)技术领域

本发明涉及一种风洞模型折叠变形机翼，主要用于风洞动态试验中测量变形飞行器气动力的风洞模型折叠变形机翼。

(二)背景技术

飞行器飞得更快、更高、更远是航空科技工作人员的追求，但是世界上现役的飞行器都不能同时实现上述所有的目标。由于受到技术的限制，传统的固定翼飞行器设计时只能针对不同飞行任务和状态进行折衷。因此飞行器只能在某个空域范围、某个速度范围下才具有良好的气动性能，离开设计点飞行时气动性能则下降得非常厉害，这就造成飞行器机型功能突显单一，机动性和灵活性都受到限制的情况。

变形飞行器也许能突破传统飞行器设计的弊端。由于智能材料、仿生学和自适应结构的快速发展，变形飞行器技术已成为可能。变形飞行器的基本设计目的在于，通过机翼、机身气动外形在飞行状态中的自适应变化来提高飞行器的综合性能，使飞行器在不同飞行状态下的气动性能均达到最佳。

目前，在欧美等西方国家曾设想采用压电技术、智能材料的局部变形来实现机翼的折叠变形，但这两项技术还不成熟，还只是处于实验阶段，而且其中的关键技术还有很多没有攻关，与实际应用还有很大距离。

我国在变形飞行器技术方面开展了一定的研究工作，在风洞试验模型折叠变形机翼方面有一些试验和研究，但目前在国内均未见过相关研发和应用的报道。对于机翼的折叠变形研究仍存在许多问题和不足。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种风洞模型折叠变形机翼，将传统的整体机翼分割为相互独立的机身、内翼、外翼等部分，通过把机身、内翼、外翼、连杆、铰链轴与利用精密机械装置控制的主动机构和从动机构耦合设计在一起，完成和实现风洞模型机翼的折叠变形。

本发明的技术解决方案是：一种风洞模型折叠变形机翼，有机身、内翼、外翼，折叠变形机构分为主动机构和从动机构，通过机身、内翼、外翼、连杆、铰链轴将主动机构和从动机构耦合设计在一起，在内翼与机身和内翼与外翼的结合处设有两个相互平行的、与机身纵向轴同向的连接铰链轴，内翼与机身的连接铰链轴为固定轴，内翼与外翼的连接铰链轴为从动轴，主动机构驱动内翼绕着固定轴进行旋转，同时带动从动机构，在从动机构的作用下，从动轴可绕着固定轴进行旋转，同时外翼还可绕从动轴进行旋转，在实现机翼折叠变形运行过程中外翼弦平面始终保持与水平面平行状态。

所述的风洞模型折叠变形机翼，主动机构为偏心曲柄滑块机构，偏心曲柄滑块机构通过中间连杆带动内翼绕着固定轴进行旋转。

所述的风洞模型折叠变形机翼，从动机构为平行四边形机构，在主动机构带动下，驱动平行四边形机构进行运动使得外翼弦平面始终保持与水平面平行。

本发明与现有技术对照所具有的有益效果是：由于将传统的整体机翼分割为相互独立的机身、内翼、外翼等部分，通过把机身、内翼、外翼、连杆、铰链轴与利用精密机械装置控制的主动机构和从动机构耦合设计在一起，完成和实现对风洞模型机翼折叠变形的控制。整套主动机构的驱动系统固定在风洞侧壁上，并延伸到试验段外，不干扰风洞流场，因此驱动力控制可以根据机翼折叠需要任意设置，不受任何限制，并且驱动系统支撑部分的刚强度可以设置足够大。

风洞模型折叠变形机翼的变形机构运转灵活，平稳无噪声，可以很好地承受模型的气动力和气动力矩。在机翼折叠过程中，内翼能够随时按要求停止在某一折叠角度，其变化范围为0°～130°；内翼折叠角速度可在一定范围内改变，其变化范围为3°/s～15°/s；外翼弦平面始终保持与水平面平行状态；折叠过程实现了数字化控制，折叠角度定位精确，内翼旋转定位精度达到±2′。

(四)附图说明

图1为风洞模型折叠变形机翼半模型整体结构示意图；

图2为图1的C1-C1视图；

图3为图1的C2-C2视图；

图4为图1的C3-C3视图；

图5为图1的C4-C4视图；

图6为风洞模型折叠变形机翼整体外形结构示意图；

图7为图6的C1-C1视图；

图8为图6的C2-C2视图；

图9为图6的C3-C3视图；

图中标注的标号说明如下：1是风洞转盘，2是垫块，3是机身，4是内翼，5是外翼，6是螺钉，7是合页凸块，8是固定轴，9是合页凹块，10是螺钉，11是合页凸块，12是销轴，13是合页凹块，14是螺钉，15是销钉，16是连接块，17是转轴，18是独立连杆，19是外翼支撑块，20是螺钉，21是螺钉，22是连接块，23是机身底座，24是连接轴，25是电动缸，26是销，27是销轴，28是螺钉，29是小合页，30是螺钉；101是大齿轮，102是小齿轮，103是锥齿轮，104是蜗轮蜗杆减速箱，105是连轴器，106是行星齿轮减速箱，107是伺服电机，108是销轴，109是螺钉，110是外翼，111是转轴1，112是连接固块，113是连接轴，114是正反螺冒，115是连接轴，116是转轴2，117是连接固块，118是螺钉，119是合叶凹块，120是合叶转轴，121是合叶凸块，122是螺钉，123是中间连杆，124是螺钉，125是合叶凹块，126是销轴，127是合页凸块。

(五)具体实施方式

结合说明书附图列举出下述具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一：

如图1、图2、图3、图4、图5所示的风洞模型折叠变形机翼半模型整体结构示意图。

一种风洞模型折叠变形机翼，有机身[3]、内翼[4]、外翼[5]，折叠变形机构分为主动机构和从动机构，通过机身[3]、内翼[4]、外翼[5]、连杆、铰链轴将主动机构和从动机构耦合设计在一起，在内翼[4]与机身[3]和内翼[4]与外翼[5]的结合处设有两个相互平行的、与机身[3]纵向轴同向的连接铰链轴，内翼[4]与机身[3]的连接铰链轴为固定轴[8]，内翼[4]与外翼[5]的连接铰链轴为从动轴[12]，主动机构驱动内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转，同时带动从动机构，在从动机构的作用下，从动轴[12]可绕着固定轴[8]进行旋转，同时外翼[5]还可绕从动轴[12]进行旋转，在实现机翼折叠变形运行过程中外翼弦平面始终保持与水平面平行状态。

所述的风洞模型折叠变形机翼，主动机构为偏心曲柄滑块机构，偏心曲柄滑块机构通过中间连杆带动内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转。

所述的风洞模型折叠变形机翼，从动机构为平行四边形机构，在主动机构带动下，驱动平行四边形机构进行运动使得外翼弦平面始终保持与水平面平行。

实施例的实际工作过程是：主动机构为一偏心曲柄滑块机构，驱动部分为电动缸[25]，电动缸[25]直线运动，通过中间连杆带动与小合页[29]固连的内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转，实现直线运动到旋转运动的转变，达到该主动机构的设计目的。中间连杆与电动缸[25]输出端、小合页[29]均采用轴销的连接方式。小合页[29]与内翼[4]通过销钉[15]定位，并用螺钉[30]固连在一起。机身[3]与内翼[4]通过前后两套合页组件进行连接，合页组件分为合页凸块[7]与合页凹块[9]，中间采用销轴[12]将两件连接在一起，合页凸块[7]与机身[3]、合页凹块[9]与内翼[4]分别通过螺钉[6]连接，并且内翼[4]能够绕着固定轴[8]进行旋转。在该偏心曲柄滑块机构的结构中，电动缸[25]前端法兰与机身[3]通过连接块[22]、销钉[26]、销轴[27]和螺钉[21]、[28]固连在一起，而且其整体与风洞转盘[1]及垫块[2]均不接触，以避免形成力的干扰，干扰力严重时将会破坏整套机构。

从动机构为一平行四边形机构，通过主动机构带动从动机构和内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转，从而驱动平行四边形机构进行运动，在整个运动过程中，外翼[5]弦平面始终保持与水平面平行，实现内翼[4]和外翼[5]的折叠与展开，以及飞行器展弦比的变化，达到变形飞行器折叠方案的设计要求。在该平行四边形机构的结构中，内翼[4]与外翼[5]在其结合部位下方采用合页组件方式进行连接，合页组件分为合页凸块[11]与合页凹块[13]，中间采用销轴[12]将两件连接在一起，合页凸块[11]与外翼[5]、合页凹块[13]与内翼[4]分别通过螺钉[10]连接，内翼[4]、外翼[5]可绕从动轴[12]进行相对旋转；机身[3]与外翼[5]之间通过固定在机身上的连接块[16]和独立连杆[18]进行连接，独立连杆[18]两端设有两个转轴[17]，一端与连接块[16]相连，另一端与外翼支撑块[19]相连，外翼支撑块[19]与外翼[5]通过螺钉[20]固连在一起，而且在内翼[4]的带动下，连杆[18]可分别随两端的转轴[17]进行转动。

在机翼折叠过程中，内翼[4]能够随时按要求停止在某一折叠角度，其变化范围为0°～130°；内翼[4]折叠角速度可在一定范围内改变，其变化范围为3°/s～15°/s；外翼[5]弦平面始终保持与水平面平行状态；折叠过程实现了数字化控制，折叠角度定位精确，内翼旋转定位精度达到±2′。

实施例二：

如图6、图7、图8、图9所示的风洞模型折叠变形机翼整体外形结构示意图。

一种风洞模型折叠变形机翼，有机身[3]、内翼[4]、外翼[5]，折叠变形机构分为主动机构和从动机构，通过机身[3]、内翼[4]、外翼[5]、连杆、铰链轴将主动机构和从动机构耦合设计在一起，在内翼[4]与机身[3]和内翼[4]与外翼[5]的结合处设有两个相互平行的、与机身[3]纵向轴同向的连接铰链轴，内翼[4]与机身[3]的连接铰链轴为固定轴[8]，内翼[4]与外翼[5]的连接铰链轴为从动轴[12]，主动机构驱动内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转，同时带动从动机构，在从动机构的作用下，从动轴[12]可绕着固定轴[8]进行旋转，同时外翼[5]还可绕从动轴[12]进行旋转，在实现机翼折叠变形运行过程中外翼弦平面始终保持与水平面平行状态。

所述的风洞模型折叠变形机翼，主动机构为偏心曲柄滑块机构，偏心曲柄滑块机构通过中间连杆带动内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转。

所述的风洞模型折叠变形机翼，从动机构为平行四边形机构，在主动机构带动下，驱动平行四边形机构进行运动使得外翼弦平面始终保持与水平面平行。

实施例的实际工作过程是：驱动机翼自动折叠的动力源为微型伺服电机[107]以及配套的行星齿轮减速箱[106]，然后通过蜗轮蜗杆减速箱[104]减速，通过锥齿轮[103]进行换向，锥齿轮[103]与内翼[4]固定连接，带动内翼[4]绕转轴[8]旋转，通过平行四边形机构来实现外翼[5]的旋转。

连接轴[113]、[115]通过正反螺帽[114]联结在一起构成平行四边行机构的摇杆，通过调节正反螺帽[114]，可以改变摇杆长度，保证平行四边形机构外形几何尺寸可调。连接轴[113]、[115]分别与连接固块[112]、[117]通过转轴[111]、[116]铰联起来，连接固块[112]、[117]通过螺钉[109]、[118]分别与内翼[4]、机身底座[23]联结在一起构成平行四边行机构的连杆，机身底座[23]与内翼[4]通过前后两套合页组件进行连接。内翼[4]的折叠合叶由合叶凸块[121]和合叶凹块[119]通过销轴[126]联结在一起，合页凸块[121]、合叶凹块[119]通过螺钉[122]分别与机身底座[23]、内翼[4]连接在一起，内翼[4]能够绕着固定轴[120]进行旋转，外翼[5]与内翼[4]通过前后两套合页组件进行连接，外翼[5]的折叠合叶由合叶凸块[127]和合叶凹块[125]通过销轴[126]联结在一起，合页凸块[127]、合叶凹块[125]通过螺钉[124]分别与外翼[5]、内翼[4]连接在一起，并且外翼[5]绕着从动轴[126]进行旋转。内翼[4]与内翼的合叶凸块[121]固联在一起构成平行四边形机构的曲柄。

根据机翼的折叠要求，折叠转轴[120]、[126]由折叠合叶来实现，内翼[4]的旋转运动依靠与内翼[4]固接的锥齿轮[103]驱动实现，外翼[5]折叠过程中要求始终保持与机身水平面平行，该动作由平行四边形机构运动原理来实现。平行四边形机构中由摇杆、与外翼[5]和机身[3]固接的连杆、与内翼[4]固接的曲柄组成，这样通过内翼[4]绕固定轴[120]的旋转运动，可带动外翼[5]绕着从动轴[126]进行旋转，实现外翼[5]的平移运动以及内翼[4]相对机身[3]的折叠和展开，进而实现飞行器展弦比的变化。

在机翼折叠过程中，内翼[4]能够随时按要求停止在某一折叠角度，其变化范围为0°～130°；内翼[4]折叠角速度可在一定范围内改变，其变化范围为3°/s～15°/s；外翼[5]弦平面始终保持与水平面平行状态；折叠过程实现了数字化控制，折叠角度定位精确，内翼[4]旋转定位精度达到±2′。

Claims (2)

1.一种风洞模型折叠变形机翼，有机身[3]、内翼[4]、外翼[5]，其特征是：折叠变形机构分为主动机构和从动机构，通过机身[3]、内翼[4]、外翼[5]、连杆、铰链轴将主动机构和从动机构耦合设计在一起，在内翼[4]与机身[3]和内翼[4]与外翼[5]的结合处设有两个相互平行的、与机身[3]纵向轴同向的连接铰链轴，内翼[4]与机身[3]的连接铰链轴为固定轴[8]，内翼[4]与外翼[5]的连接铰链轴为从动轴[12]，主动机构驱动内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转，同时带动从动机构，在从动机构的作用下，从动轴[12]可绕着固定轴[8]进行旋转，同时外翼[5]还可绕从动轴[12]进行旋转，从动机构为平行四边形机构，在实现机翼折叠变形运行过程中驱动平行四边形机构进行运动使得外翼弦平面始终保持与水平面平行状态。

2.根据权利要求1所述的风洞模型折叠变形机翼，其特征在于：主动机构为偏心曲柄滑块机构，偏心曲柄滑块机构通过中间连杆带动内翼[4]绕着固定轴[8]进行旋转。

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