CN102126555B - 一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，包括与机翼挥舞铰固连的挥舞结构和与机翼旋转主轴固连的锁放结构，挥舞结构包括两片板状支架和一根横轴，支架固定安装在机翼挥舞铰的两侧，将机翼的挥舞运动传递到横轴上；锁放结构包括锁定夹、拉爪、销轴、扭簧和质量块，锁定夹固定在机翼旋转主轴顶端，两个拉爪通过销轴安装在锁定夹的横向深槽内，用于限制横轴的摆动。通过调整质量块的距离实现不同转速区间内机翼挥舞自由度的锁放。

Description

一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置

技术领域

本发明涉及一种锁放装置，具体为一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置。

背景技术

旋转机翼飞机是一种新概念飞行器，兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高度巡航性能。为了同时具有直升机和固定翼飞机的优势，旋转机翼飞机被设计为具有两种飞行模式，即旋翼模式和固定翼模式。在起飞和降落阶段，采用旋翼飞行模式，机翼高速旋转并做周期性挥舞运动；在巡航和任务阶段，采用固定翼飞行模式。旋转机翼飞机在以旋翼模式起飞后，要求在较短的时间内降低机翼的转速，并在降低机翼转速过程中将机翼的挥舞自由度锁定，之后机翼固定在一个指定位置，旋转机翼飞机采用固定翼飞行模式；在降落阶段，旋转机翼飞机从固定翼模式飞行转为旋翼模式飞行，随着机翼加速旋转，将机翼的挥舞自由度释放，旋转机翼飞机以旋翼模式垂直降落。

发明内容

要解决的技术问题

为解决旋转机翼飞机在起降与巡航的过渡过程中机翼挥舞自由度的锁定和释放问题，本发明提出了一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：包括与机翼挥舞铰固连的挥舞结构和与机翼旋转主轴固连的锁放结构；

所述挥舞结构包括两片板状支架和一根横轴，两片支架对称固定安装在机翼挥舞

铰的两侧，横轴两端分别与两片支架固连，并位于机翼挥舞铰的上方，横轴中心

轴线垂直于支架平面，且横轴中心轴线平行于机翼挥舞铰铰链轴中心轴线；

所述锁放结构包括锁定夹、两个拉爪、两根销轴、四个扭簧和两个质量块；锁定

夹为带有横向深槽的对称“凹”型结构，在锁定夹底面上开有至少两个连接孔，在“凹”型锁定夹两侧凸起上也对称开有连接孔，且位于“凹”型锁定夹同一侧凸起上的、横向深槽两侧的连接孔为同轴连接孔；拉爪由T型段和直角限位爪两部分组成，T型段顶部有垂直于T型段顶部平面的连接盲孔，T型段下部侧面有连接通孔，T型段下部正面与直角限位爪一端固连，直角限位爪的厚度小于T型段下部正面宽度的半值，直角限位爪相互垂直两段相连部位的内侧采用圆弧过渡，圆弧半径等于横轴半径，且直角限位爪相互垂直两段相连部位内侧圆弧圆心与T型段下部连接通孔圆心的距离等于锁定夹两侧凸起上的连接孔圆心距离的半值；

锁定夹通过底面连接孔固定在机翼旋转主轴顶端，且锁定夹底面的横向对称中线与机翼旋转主轴中心轴线垂直相交，并与机翼挥舞铰铰链轴中心轴线垂直；两根销轴分别安装在锁定夹两侧凸起上的连接孔内，并与锁定夹转动连接；两个拉爪通过T型段下部侧面的连接通孔分别转动连接在两根销轴上，并处于锁定夹的横向深槽内，且两个拉爪的直角限位爪均朝向锁定夹内侧；拉爪通过T型段顶部连接盲孔与质量块固定连接；在销轴伸出锁定夹的两端上还分别套有扭簧，扭簧一端与锁定夹固连，另一端与拉爪T型段上部固连；

机翼停止挥舞时，横轴中心轴线与两根销轴的中心轴线共面，且横轴中心轴线与两根销轴中心轴线的距离相等，横轴与两个拉爪的直角限位爪的内侧圆弧过渡面接触，扭簧的预紧力限制拉爪绕销轴的转动；机翼达到设定转速后，质量块带动拉爪绕销轴转动，横轴在锁定夹中部凹槽内挥动。

本发明的一项优选方案，其特征在于：支架上有两个用于与机翼挥舞铰固连的安装孔和一个用于与横轴固连的连接孔，该三孔的中心轴线均垂直于支架平面，且三孔的圆心形成等腰三角形，该等腰三角形以与横轴固连的连接孔圆心为顶点，且该等腰三角形底边中线所在直线与机翼挥舞铰铰链轴的中心轴线垂直相交，当机翼停止挥舞时，该等腰三角形底边中线所在直线与机翼旋转主轴中心轴线平行。

本发明的一项优选方案，其特征在于：直角限位爪的限位段长度至少等于锁定夹中部U型凹槽平均宽度的

倍。

本发明的一项优选方案，其特征在于：直角限位爪相互垂直两段相连部位内侧圆弧圆心与T型段下部连接通孔圆心的连线平行于直角限位爪连接段的外侧平面。本发明的一项优选方案，其特征在于：在每根销轴上还套有两片厚度相同的垫片，两片垫片处于拉爪两侧，两片垫片的厚度加上拉爪T型段正面宽度等于锁定夹横向深槽的宽度。

本发明的一项优选方案，其特征在于：在销轴伸出锁定夹的两端分别套有扭簧导圈，扭簧导圈为带有中心通孔的阶梯圆台结构，扭簧套在扭簧导圈的小直径圆柱段上，扭簧一端与锁定夹固连，另一端与拉爪T型段上部固连，采用螺栓将扭簧导圈与销轴固定。

有益效果

采用本发明，可以在一定转速区间内完成机翼挥舞自由度的锁定和解锁。在机翼转速逐渐增加的过程中，当进入转速区间后，质量块带动拉爪转动，该装置开始解除对机翼挥舞自由度的锁定，当机翼转速超出转速区间后完成解锁过程；在机翼转速减小过程中，，当进入转速区间后，扭簧带动拉爪转动，该装置开始限制机翼的挥舞，当机翼转速小于转速区间后，完成对机翼挥舞自由度的锁定。该装置可重复进行工作，实现反复锁定，反复解锁。而且可以通过改变质量块大小、质量块离销轴距离或扭簧刚度系数来调整转速区间。

附图说明

图1：本发明安装在机翼旋转轴和机翼挥舞铰上的结构示意图；

图2：本发明锁定状态的结构示意图；

图3：本发明解锁状态的结构示意图；

图4：锁定夹的结构示意图一；

图5：锁定夹的结构示意图二；

图6：拉爪的结构示意图；

图7：扭簧导圈的结构示意图；

图8：拉爪、连杆和质量块的结构示意图；

图9：扭簧的结构示意图；

其中：1、锁定夹；2、拉爪；3、锁紧螺母；4、质量块；5、连杆；6、扭簧；7、扭簧导圈；8、横轴；9、支架；10、销轴；11、T型段；12、连接段；13、限位段；14、机翼旋转主轴；15、机翼挥舞铰；16、铰链轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

实施例：

本实施例为用于一架小比例旋转机翼飞机上的机翼挥舞锁放装置。

参照附图2和附图3，本实施例中的机翼挥舞锁放装置包括与机翼挥舞铰固连的挥舞结构和与机翼旋转主轴固连的锁放结构。

所述挥舞结构包括两片板状支架9和一根横轴8，支架9近似为三角形结构，支架9上开有两个用于与机翼挥舞铰15固连的安装孔和一个用于与横轴8固连的连接孔，该三孔的中心轴线均垂直于支架平面，且三孔的圆心形成等腰三角形，该等腰三角形以与横轴8固连的连接孔圆心为顶点。参照附图1，两片支架9对称螺栓固定安装在机翼挥舞铰15的两侧，并且单侧支架9上三孔形成的等腰三角形的底边中线所在直线与机翼挥舞铰铰链轴16的中心轴线垂直相交，当机翼停止挥舞时，该等腰三角形底边中线所在直线与机翼旋转主轴14中心轴线平行。横轴8半径为2mm，横轴8两端分别插入两片支架9的横轴连接孔中，并与支架9过盈配合，横轴8位于机翼挥舞铰15的上方，横轴8中心轴线垂直于支架平面，且横轴8中心轴线平行于机翼挥舞铰铰链轴16的中心轴线。通过该挥舞结构，将机翼的挥舞运动传递到横轴8上，使横轴8跟随机翼挥舞运动同步摆动。在本实施例中，挥舞结构固定在机翼挥舞铰上后，横轴8中心轴线与机翼挥舞铰铰链轴16中心轴线距离为35mm。

本实施例中锁放结构包括锁定夹1、两个拉爪2、两根销轴10、四个扭簧6和两个质量块4。

参照附图4和附图5，锁定夹1为长48mm，宽19mm，高24mm，并带有横向深槽的对称“凹”型结构，横向深槽宽度为11mm，锁定夹1中部U型凹槽宽度为18mm。在锁定夹底面上开有两个连接孔，在“凹”型锁定夹两侧凸起上也对称开有连接孔。位于“凹”型锁定夹同一侧凸起上的、横向深槽两侧的连接孔为同轴连接孔；位于横向深槽同一侧两块凸起上的连接孔中心之间的距离为30mm。

参照附图6，拉爪2由T型段11和直角限位爪两部分组成，直角限位爪又分为连接段12和限位段13，连接段12与限位段13为横截面为正方形的长方体结构，厚度相同为4mm，且略小于T型段11正面最大宽度的半值，使得当两个拉爪2相互运动时不会发生干涉。T型段11顶部中心位置开有垂直于T型段顶部平面的连接盲孔，T型段11下部侧面有连接通孔，通孔中心距T型段11顶部平面距离为14mm。T型段11下部正面与直角限位爪连接段12一端焊接，且T型段11下部正面与直角限位爪连接段12之间的上方夹角略大于90°，本实施例中为95°。连接段12与限位段13相互垂直，且连接段12与限位段13的相连部位的内侧采用圆弧过渡，圆弧半径等于横轴8半径，也为2mm，，圆弧圆心与T型段11下部侧面连接通孔圆心的距离等于锁定夹1横向深槽同一侧两块凸起上的连接孔圆心距离的半值，即15mm，圆弧圆心与T型段11下部侧面连接通孔圆心的连线平行于直角限位爪连接段12的外侧平面。

参照附图1，锁定夹1通过其底面连接孔固定在机翼旋转主轴14顶端，且锁定夹1底面的横向对称中线与机翼旋转主轴14中心轴线垂直相交，并与机翼挥舞铰铰链轴16的中心轴线垂直。

参照附图2和附图3，两根销轴10分别安装在锁定夹1两侧凸起上的连接孔内，并与锁定夹1通过轴承转动连接。两个拉爪2通过T型段11下部侧面的连接通孔分别转动连接在两根销轴10上，并处于锁定夹1的横向深槽内，且两个拉爪2的直角限位爪均朝向锁定夹1内侧。在每根销轴上还套有两片厚度相同的垫片，两片垫片处于拉爪2两侧，两片垫片的厚度加上拉爪T型段11正面宽度等于锁定夹1横向深槽的宽度，通过两片垫片的限位，使两个拉爪2位于锁定夹1横向深槽的中间位置。参照附图8，拉爪2通过T型段11顶部连接盲孔与连杆5一端螺纹连接，连杆5另一端与质量块4螺纹连接，并且都采用锁紧螺母3锁紧，连杆5中心轴线过质量块4质心。通过调整连杆5与拉爪2和质量块4的螺纹连接长度，可以调节拉爪2的T型段11下部侧面连接通孔圆心与质量块4质心的距离，本实施例中拉爪2的T型段11下部侧面连接通孔圆心与质量块4质心的距离为30mm。

参照附图2和附图7，在销轴10伸出锁定夹1的两端分别套有扭簧导圈7，扭簧导圈7为带有中心通孔的阶梯圆台结构，扭簧6套在扭簧导圈7的小直径圆柱段上，扭簧6一端与锁定夹1焊接固定，另一端与拉爪2的T型段上部焊接固定，采用螺栓将扭簧导圈7与销轴10固定。

本实施例所述的机翼挥舞锁放装置锁定和解锁过程由机翼旋转主轴14的转速决定。机翼旋转主轴14转动过程中，由质量块4上离心力产生的相对于销轴10的转动力矩和扭簧6产生的扭矩决定了拉爪2的位置。

当转速区间确定后，采用以下公式组计算所需的扭簧6的刚度系数k，其中转速区间上限为完全解锁时的机翼机翼转速最小值，本实施例中定为200r/min，转速区间下限为完全锁定时的机翼机翼转速最大值，本实施例中定为170r/min。

$F=m[l_1+l_2\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\Δ\α})]\×{\left(\frac{\mathrm{\πn}}{30}\right)}^2$

M＝Fl₁cos(α+Δα)+Gl₁sin(α+Δα)

M＝T

其中，F为作用在质量块4上的离心力，m为质量块4质量，l₁为两根销轴10中心轴线距离的半值，l₂为质量块4质心与销轴10中心轴线的距离，α为完全锁定时，连杆5中心轴线与机翼旋转主轴14中心轴线的夹角，Δα为拉爪2绕销轴10转动的角度，n为机翼旋转主轴14的转速，M为质量块4受到的离心力产生的相对于销轴10的转动力矩，T为扭簧6产生的扭矩，G为质量块的重力，为完全锁定状态时扭簧6的预紧角度。

本实施例中，当机翼旋转主轴14转速小于170r/min时，离心力产生的转动力矩不足以克服扭簧6安装时的预紧力，从而两个拉爪2将横轴8锁定，使横轴8不能在锁定夹1中部U型凹槽内摆动，进而将整个机翼的挥舞自由度锁定。同时，由于此时欲使横轴8摆动的力通过销轴10的中心轴，该力不产生转动力矩，所以横轴8作用在拉爪2上的力不能破坏锁定状态。当机翼旋转主轴14转速大于170r/min时，离心力产生的转动力矩大于扭簧6的扭矩，拉爪2开始打开，并在机翼旋转主轴14转速达到200r/min时完全打开，装置处于解锁状态。为了使横轴8始终处于拉爪2的控制范围内，拉爪2限位段13的长度至少为锁定夹中部U型凹槽平均宽度的

倍。

Claims (6)

1.一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：包括与机翼挥舞铰固连的挥舞结构和与机翼旋转主轴固连的锁放结构；

所述挥舞结构包括两片板状支架和一根横轴，两片支架对称固定安装在机翼挥舞铰的两侧，横轴两端分别与两片支架固连，并位于机翼挥舞铰的上方，横轴中心轴线垂直于支架平面，且横轴中心轴线平行于机翼挥舞铰铰链轴中心轴线；

所述锁放结构包括锁定夹、两个拉爪、两根销轴、四个扭簧和两个质量块；锁定夹为带有横向深槽的对称“凹”型结构，在锁定夹底面上开有至少两个连接孔，在“凹”型锁定夹两侧凸起上也对称开有连接孔，且位于“凹”型锁定夹同一侧凸起上的、横向深槽两侧的连接孔为同轴连接孔；拉爪由T型段和直角限位爪两部分组成，T型段顶部有垂直于T型段顶部平面的连接盲孔，T型段下部侧面有连接通孔，T型段下部正面与直角限位爪一端固连，直角限位爪的厚度小于T型段下部正面宽度的半值，直角限位爪相互垂直两段相连部位的内侧采用圆弧过渡，圆弧半径等于横轴半径，且直角限位爪相互垂直两段相连部位内侧圆弧圆心与T型段下部连接通孔圆心的距离等于锁定夹两侧凸起上的连接孔圆心距离的半值；

锁定夹通过底面连接孔固定在机翼旋转主轴顶端，且锁定夹底面的横向对称中线与机翼旋转主轴中心轴线垂直相交，并与机翼挥舞铰铰链轴中心轴线垂直；两根销轴分别安装在锁定夹两侧凸起上的连接孔内，并与锁定夹转动连接；两个拉爪通过T型段下部侧面的连接通孔分别转动连接在两根销轴上，并处于锁定夹的横向深槽内，且两个拉爪的直角限位爪均朝向锁定夹内侧；拉爪通过T型段顶部连接盲孔与质量块固定连接；在销轴伸出锁定夹的两端上还分别套有扭簧，扭簧一端与锁定夹固连，另一端与拉爪T型段上部固连；

机翼停止挥舞时，横轴中心轴线与两根销轴的中心轴线共面，且横轴中心轴线与两根销轴中心轴线的距离相等，横轴与两个拉爪的直角限位爪的内侧圆弧过渡面接触，扭簧的预紧力限制拉爪绕销轴的转动；机翼达到设定转速后，质量块带动拉爪绕销轴转动，横轴在锁定夹中部U型凹槽内挥动。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：支架上有两个用于与机翼挥舞铰固连的安装孔和一个用于与横轴固连的连接孔，该三孔的中心轴线均垂直于支架平面，且三孔的圆心形成等腰三角形，该等腰三角形以与横轴固连的连接孔圆心为顶点，且该等腰三角形底边中线所在直线与机翼挥舞铰铰链轴的中心轴线垂直相交，当机翼停止挥舞时，该等腰三角形底边中线所在直线与机翼旋转主轴中心轴线平行。

3.根据权利要求1所述的一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：直角限位爪的限位段长度至少等于锁定夹中部U型凹槽平均宽度的

倍。

4.根据权利要求1所述的一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：直角限位爪相互垂直两段相连部位内侧圆弧圆心与T型段下部连接通孔圆心的连线平行于直角限位爪连接段的外侧平面。

5.根据权利要求1所述的一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：在每根销轴上还套有两片厚度相同的垫片，两片垫片处于拉爪两侧，两片垫片的厚度加上拉爪T型段正面宽度等于锁定夹横向深槽的宽度。

6.根据权利要求1所述的一种旋转机翼飞机的机翼挥舞锁放装置，其特征在于：在销轴伸出锁定夹的两端分别套有扭簧导圈，扭簧导圈为带有中心通孔的阶梯圆台结构，扭簧套在扭簧导圈的小直径圆柱段上，扭簧一端与锁定夹固连，另一端与拉爪T型段上部固连，采用螺栓将扭簧导圈与销轴固定。

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