CN102530238A - 一种机翼后掠角和展长可变的无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机翼后掠角和展长可变的无人机，包含机身、机翼和尾翼，所述机身中部设有一横梁；所述机翼和横梁之间设有用于控制后掠角变化的机构，所述控制后掠角变化的机构为四连杆机构，包括步进电机、主动杆及推杆；所述机翼包括主机翼和副机翼，通过齿轮齿条之间的相对位移，使得副机翼可自由出入主机翼来实现展长的变化，同时主机翼和副机翼设有摩擦轮，实现限位和减震作用。本发明控制后掠角变化的机构其体积小、重量轻，可以满足无人机的需要；同时采用齿轮和齿条的方式实现展长变化，其运行稳定，且无响应滞后的影响。

Description

一种机翼后掠角和展长可变的无人机
技术领域
本发明涉及一种机翼后掠角和展长可变的无人机，属于飞行器设计技术领域。
背景技术
高空长航时无人机具有大展弦比能够实现对地面的长时间侦察，但是同时存在着机动能力不足、飞行速度不高的缺点；战斗型无人机飞行速度快、机动能力强，适合空中格斗和对已知目标的打击。如果遇到既搜寻侦察目标又对其进行及时打击的多任务时，两种无人机都不能胜任。若主动改变无人机的气动外形，使其在飞行中能够根据飞行工况和飞行任务的不同始终处于最佳的状态，就能够实现无人机的多任务优化飞行。现有通常采用变后掠角和展长来改变无人机的气动外形。当无人机处于小后掠角大展长时，无人机具有良好的升阻比特性，单位耗油率最小，能够具有优秀的巡航能力，可以持续的搜索和侦察目标；当无人机处于大后掠角小展长时，无人机具有最小的阻力，进而使无人机速度增加，机动能力提高。通过上述的后掠角和展长的不同分配策略，能够实现一架无人机执行多种任务的目的，增加无人机的打击能力和自我生存能力。
在变后掠角方面，当前通常采用液压传动装置或曲柄滑块机构实现，但是液压传动装置体积大且笨重，曲柄滑块机构上的滑块通过丝杠带动，其存在结构笨重、速度慢等缺点，因此以上两种变后掠角的方法皆不适宜在无人机上应用。在变展长方面，当前通常采用气体制动器驱动和丝杠螺母驱动方式，但是气体致动器驱动方式存在着速度稳定性差、作用滞后等缺点，丝杠螺母方式存在着运动需用转矩大、传动速度慢等缺点。
发明内容
本发明的目的是解决为了解决上述问题，提出一种机翼后掠角和展长可变的无人机，该无人机上控制机翼后掠角变化的机构体积小、重量轻适宜无人机上的使用，该无人机上控制展长变化的机构，其稳定性好。
实现本发明的技术方案如下：
一种机翼后掠角和展长可变的无人机，包含机身、机翼和尾翼，其特征在于，所述机身中部设有一横梁，机翼通过转动铰活动连接于横梁的两端，环绕机身和机翼的连接处设置翼盒，使得机身、翼盒的上端面及机翼之间形成流线形结构；所述机翼和横梁之间设有用于控制后掠角变化的机构，所述控制后掠角变化的机构包括步进电机、主动杆及推杆，步进电机固定于横梁内部，主动杆和推杆位于翼盒内部；步进电机的输出轴和主动杆的一端通过键固定连接，主动杆的另一端与推杆的一端通过转动铰活动连接，使得主动杆和推杆之间形成转动副，推杆的另一端通过铰活动连接于机翼上，横梁、主动杆、推杆和机翼一起形成四连杆机构；步进电机的输出通过所述转动副传递给机翼，使得机翼的后掠角在0°～40°的范围内进行变化；
所述机翼包括主机翼和副机翼，主机翼和副机翼皆为流线形结构；所述主机翼邻近机身的一端封闭，另一端敞开，且内部中空；主机翼内部底面设有齿条，齿条的两端分别设有一限位挡板，主机翼内部靠近敞开端口的顶端和底面分别设有两个摩擦轮；副机翼的下表面上设有与所述齿条相配合的齿轮，且其上表面和下表面分别设有两个摩擦轮，副机翼靠近机身的一端内嵌地设置齿轮电机和减速器；所述齿轮电机用于控制副机翼上的齿轮沿主机翼上的齿条传动，从而使副机翼自由出入主机翼且不与主机翼相脱离，所述减速器输入轴与齿轮电机相连，输出轴与齿轮相连，用于降低电机的转速，进而降低齿轮转速，使得副机翼的伸缩速度可控。
有益效果
本发明采用置于横梁内的步进电机控制转动副的旋转，从而改变机翼的后掠角，其体积小、重量轻，可以满足无人机的需要；采用齿轮电机控制齿轮齿条之间的相对位移，副机翼自由出入主机翼，该实现方法运行稳定，且无响应滞后的影响。
其次，本发明环绕机身和机翼的连接处设置一流线形的翼盒，这样一方面可以减小机身和机翼之间的诱导阻力，另一方面对变后掠角机构起容纳和保护作用。
再次，本发明在主机翼和副机翼分别安装了摩擦轮，减小副机翼伸缩时受到的阻力，同时具有良好的结构减震效果。
附图说明
图1为本发明无人机后掠角最小、展长最大状态时的无人机布局；
图2为本发明无人机后掠角最大、展长最小状态时的无人机布局；
图3为本发明无人机总体布局主视图；
图4为本发明无人机总体布局右视图；
图5为本发明主机翼副机翼连接俯视图；
图6为本发明主机翼副机翼连接主视图；
图7为本发明主机翼三维图；
图8为本发明副机翼三维图；
1-发动机座，2-机身，3-翼盒，4-副机翼，5-主机翼，6-尾翼，7-横梁，8-主动杆，9-转动铰，10-推杆，11-垂直尾翼，12-主机翼摩擦轮，13-主机翼摩擦轮，14-副机翼摩擦轮，15-齿轮电机，16-减速器，17-齿轮，18-齿条，19-副机翼摩擦轮，20-主机翼摩擦轮，21-副机翼摩擦轮，22-副机翼摩擦轮，23-主机翼摩擦轮，24-挡板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明机翼后掠角和展长可变的无人机，包含机身2、机翼和尾翼6，所述机身中部设有一横梁7，机翼通过转动铰活动连接于横梁7的两端，环绕机身2和机翼的连接处设置翼盒3，用于使机身2和机翼之间形成融合的流线连接。
本实施例中所述横梁7的两端为双耳片式结构，通过上下两个耳片夹持机翼，使横梁7能承受机翼的部分弯矩。机身、翼盒的上端面及机翼之间形成流线形结构，这样可以起到整流减阻的作用，减小无人机飞行过程中受气流的影响，使其飞行过程更加稳定。
机翼和横梁7之间设有用于控制后掠角变化的机构，所述控制后掠角变化的机构包括步进电机、主动杆8以及推杆10，步进电机固定于横梁7内部，主动杆8和推杆10位于翼盒内部；步进电机的输出轴和主动杆8的一端通过键固定连接，主动杆8的另一端与推杆10的一端通过转动铰9活动连接，使得主动杆8和推杆10之间形成转动副，推杆的另一端通过铰活动连接于机翼上，横梁7、主动杆8、推杆10和机翼一起形成四连杆机构；步进电机的输出通过所述转动副传递给机翼，使得机翼的后掠角在0°～40°的范围内进行变化。
本发明将步进电机固定于横梁7内部，可以减小对无人机上空间的占据；并且由主动杆8、推杆10、横梁7和机翼一起形成四连杆机构，可以更好实现横梁内的步进电机对机翼后掠角的控制，使其可以在0°～40°的范围内进行变化。后掠角变大时，无人机飞行的阻力降低，无人机能够达到更高的飞行速度；后掠角变大时，无人机的横向稳定性同时也降低，进而提高了无人机的机动能力。
无人机的机翼包括主机翼5和副机翼4，主机翼5和副机翼4皆为流线形结构；所述主机翼5邻近机身2的一端封闭，另一端敞开，且内部中空，这样可以为副机翼4的伸缩提供空间；主机翼5内部底面设有齿条18，齿条18的两端分别设有一限位挡板24，主机翼5内部靠近敞开端口的顶端和底面分别设有两个摩擦轮12、13、20和23，这样可以减小副机翼出入主机翼过程中的阻力。所述副机翼4靠近翼盒3的一端内嵌地设置齿轮电机15、减速器16以及与所述齿条18相配合的齿轮17；所述齿轮电机15用于控制副机翼上的齿轮17沿主机翼上的齿条18进行移动，从而使得副机翼4自由的出入主机翼5且不与主机翼5相脱离；所述减速器16输入轴与齿轮电机15相连，输出轴与齿轮17相连，用于降低齿轮电机15的转速，进而降低齿轮17转速，使得副机翼4的伸缩速度可控。本发明在副机翼的上底面和下底面分别设置两个摩擦轮14、19、21和22，这样可以进一步减小副机翼出入主机翼过程中的摩擦阻力，同时本实施例中副机翼的长度不小于700mm。
本发明无人机的螺旋桨式活塞发动机可以安装在发动机座1上，机身2内部具有较大的空间，可以装在侦察设备等载荷。同时本发明可以在机身前部安装螺旋桨活塞发动机，也可以在机身后部安装喷气式发动机。
以下结合实例对本发明无人机的具体工作过程进行进一步说明：
无人机在需要高空长航时飞行时，后掠角处于0°位置，副机翼4处于完全伸出的状况，如图1所示，此时无人机具有较大的升阻比，可以以较低的速度进行地面侦察。当无人机发现目标需要打击时，需要变化机翼的后掠角和展长；此时机身横梁7内安装的步进电机驱动主动杆8，主动杆8推动推杆10运动，推杆10推动主机翼绕转动铰9转动，主机翼5的后掠角发生改变；副机翼4上的齿轮电机15通过减速器16减速后，驱动齿轮17在主机翼的齿条18上进行顺时针(后视方向)转动，从而完成副机翼缩进主机翼的运动，同时齿条两端的挡板24对齿轮运动起限位作用，将副机翼4的伸缩限定在一定范围内。如图2所示，后掠角处于40°位置，副机翼4处于完全收缩的状态，此时无人机的机动性较好，能够方便调整姿态，同时由于具有较小的阻力，在打击完毕后可以以较高的速度快速离开战场。本发明通过后掠角和翼展长的不同组合形式，最终能够实现无人机长航时飞行，在发现打击目标后，能够迅速调整姿态进行打击，随后快速离开战场。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种机翼后掠角和展长可变的无人机，包含机身(2)、机翼和尾翼(6)，其特征在于，所述机身中部设有一横梁(7)，机翼通过转动铰活动连接于横梁(7)的两端，环绕机身(2)和机翼的连接处设置有翼盒(3)，使得机身(2)、翼盒(3)的上端面及机翼之间形成流线形结构；所述机翼和横梁(7)之间设有用于控制后掠角变化的机构，所述控制后掠角变化的机构包括步进电机、主动杆(8)及推杆(10)，步进电机固定于横梁内部，主动杆(8)和推杆(10)位于翼盒(3)内部；步进电机的输出轴和主动杆(8)的一端通过键固定连接，主动杆(8)的另一端与推杆(10)的一端通过转动铰活动连接，使得主动杆(8)和推杆(10)之间形成转动副，推杆(10)的另一端通过铰活动连接于机翼上，横梁(7)、主动杆(8)、推杆(10)和机翼一起形成四连杆机构；步进电机的输出通过所述转动副传递给机翼，使得机翼的后掠角在0°～40°的范围内进行变化；
所述机翼包括主机翼(5)和副机翼(4)，主机翼(5)和副机翼(4)皆为流线形结构；所述主机翼(5)邻近机身(2)的一端封闭，另一端敞开，且内部中空；主机翼(5)内部底面设有齿条(18)，齿条(18)的两端分别设有一限位挡板(24)，主机翼(5)内部靠近敞开端口的上表面和下表面分别设有两个摩擦轮；副机翼的下表面上设有与所述齿条(18)相配合的齿轮(17)，且其上表面和下表面分别设有两个摩擦轮，副机翼(4)靠近机身(2)的一端内嵌地设置齿轮电机(15)和减速器(16)；所述齿轮电机(15)用于控制副机翼(4)上的齿轮(17)沿主机翼(5)上的齿条(18)传动，所述减速器(16)输入轴与齿轮电机(15)相连，输出轴与齿轮(17)相连。
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