CN102673774B - 变形翼机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变形翼机构，属于变形翼无人飞行器结构技术领域；包括两个以上的变展长结构单元、变后掠液压缸和蒙皮；一个变展长结构单元中，弦向梁水平且平行设置在同一平面内，展向梁与弦向梁相互垂直相交，展向梁的展向梁轴通过销轴安装在相对应的主弦向梁上的水平安装孔内，销轴垂直于水平安装孔方向安装，柱状伸缩机构垂直固定且对称安装在弦向梁的上下表面和两端；变展长结构单元之间通过展向梁轴和展向梁套并列销接在一起组成变形翼的整体结构，展向梁的末端展向梁轴与机身的固定部位铰链连接，弦向梁的末端主弦向梁与固定在机身内的变后掠液压缸铰链连接，整个机翼的外表面采用智能蒙皮使机翼整体外形在变形前后保持光滑。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器的变形翼，属于可变形无人飞行器结构技术领域。
背景技术
传统的飞行器由于几何外形基本保持不变，其系统功能是基本固定的，在相同的大气环境中，只能完成特定的飞行动作。然而，技术的飞速发展和进步使得我们对飞行器的多功能化要求也在不断提高。
可变形无人飞行器是指飞行器在飞行过程中可以改变外形，以适应宽广变化的飞行环境，完成各种任务使命，有效实施控制，提高飞行器的机动能力，改善飞行性能。与现有飞行器不连续改变后掠角或控制面角度的传统方法不同，它可以有效地实现外形的光滑连续变形。可变形无人飞行器将对未来高技术飞行器的发展产生巨大影响。在可变形无人飞行器变形机构技术上的知识、技术创新，将为我国可变形飞行器的研究和发展提供科学技术储备，加速智能变形技术的实用化进程，但由于其研究起步晚，且技术较为复杂，在目前的应用中基本上还处于空白状态。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变形翼机构，能够通过作动器的驱动使可变形无人飞行器机翼的展长、后掠角和翼型实现连续改变。
本发明变形翼机构包括两个以上的变展长结构单元、变后掠液压缸和蒙皮，其中变展长结构单元包括两根以上的展向梁、两根弦向梁和柱状伸缩机构，展向梁包括展向梁套、展向梁轴、电机和丝杠，弦向梁包括主弦向梁、前缘弦向短梁和后缘弦向短梁和变弯度电机,柱状伸缩机构由电机、丝杆和丝杆套组成，电机通过正转和反转使丝杆套沿丝杆上下移动。
主弦向梁上等间距加工水平安装孔，前缘弦向短梁和后缘弦向短梁分别销接在主弦向梁的两端，变弯度电机安装在主弦向梁上与前缘弦向短梁和后缘弦向短梁的连接部位以控制其弯曲度；展向梁套为纵向剖面为矩形的筒形结构，其中部固定变展长电机，变展长电机两端固定丝杠，丝杠与展向梁轴螺纹配合，同时展向梁轴位于展向梁套内部并与其配合；
在一个变展长结构单元中，弦向梁水平且平行设置在同一平面内，展向梁与弦向梁相互垂直相交，展向梁的展向梁轴通过销轴安装在相对应的主弦向梁上的水平安装孔内，销轴的安装方向垂直于水平安装孔方向，柱状伸缩机构垂直固定且对称安装在弦向梁的上下表面和两端；
两组以上的变展长结构单元之间通过展向梁轴和展向梁套并列销接在一起组成变形翼的整体结构，展向梁的末端展向梁轴与机身的固定部位铰链连接，弦向梁的末端主弦向梁与固定在机身内的变后掠液压缸铰链连接，整个机翼的外表面采用蒙皮使机翼整体外形在变形前后始终保持光滑。
工作方式：
（1）变展长
展向梁套内的电机带动丝杠转动，丝杠带动展向梁轴在展向运动，从而展向梁轴与展向梁套之间以某种速度相对运动并达到所需要的某个位置，继而使展长变长或缩短。
（2）变后掠
在变后掠液压缸的驱动下，弦向梁和展向梁之间会产生相对转动，因此可改变机翼的后掠（或前掠）角，且后掠（或前掠）角的改变量等于弦向梁和展向梁之间夹角的变化量。
（3）变翼型
在变弯度电机的驱动下，前缘弦向短梁和后缘弦向短梁会产生相对转动，继而翼型就会出现相应的弯度；当弦向梁上的柱状伸缩机构伸缩时，翼型就会有相应的改变。
有益效果：
1、本发明在变翼型时利用弦向梁上的变弯度电机和柱状伸缩机构配合实现翼型的改变，变形幅度大；
2、在变后掠时利用变展长结构单元之间多个销接点实现平行旋转，使平行于来流方向的平面切割翼所得翼型保持不变，从而简化了对流场的控制，使变后掠的控制和操作实现简单可靠；
3、在变展长时采用展向梁套内的电机带动丝杠实现长度伸缩变化，变形过程无突变，因此可保证蒙皮在变形过程中保持光滑；
4、本发明为可变形无人飞行器的发展积累了技术基础。
附图说明
图1为本发明变展长结构单元示意图；
图2为本发明变展长结构缩短时剖面示意图；
图3为本发明变展长结构伸长时剖面示意图；
图4为本发明机翼展长改变时内部结构示意图；
图5为本发明机翼变后掠时内部结构示意图；
图6为本发明变翼型机构示意图；
图7为本发明机翼变弯度时内部结构示意图；
图8为本发明机翼变翼型时内部结构示意图；
其中，1-柱状伸缩机构、2-前缘弦向短梁、3-主弦向梁、4-第一后缘弦向短梁、5-第二后缘弦向短梁、6-展向梁轴、7-展向梁套、8-变展长电机、9-丝杠、10-变弯度电机、11-变后掠液压缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
本发明的变形翼机构包括五个变展长结构单元、变后掠液压缸11和蒙皮，其中变展长结构单元包括四根展向梁、两根弦向梁和柱状伸缩机构1，展向梁包括展向梁套7、展向梁轴6、变展长电机8和丝杠9，弦向梁包括主弦向梁3、前缘弦向短梁2、第一后缘弦向短梁4、第二后缘弦向短梁5和变弯度电机10，柱状伸缩机构1由电机、丝杆和丝杆套组成，电机通过正转和反转使丝杆套沿丝杆上下移动；
其中，在主弦向梁3上等间距加工四个水平安装孔，主弦向梁3的一端销接前缘弦向短梁2，另一端依次销接第一后缘弦向短梁4和第二后缘弦向短梁5，变弯度电机10安装在主弦向梁3上与前缘弦向短梁2、第一后缘弦向短梁4和第二后缘弦向短梁5的连接部位以控制整个弦向梁的弯曲度；展向梁套7为纵向剖面为矩形的筒形结构，其中部固定变展长电机8，变展长电机8两端分别固定丝杠9，丝杠9与展向梁轴6螺纹配合，同时展向梁轴6位于展向梁套7内部并与其内壁滑动配合；
在一个变展长结构单元中，四根展向梁水平平行设置在同一平面内，展向梁与弦向梁相互垂直相交，展向梁的两个展向梁轴6通过销轴安装在相对应的主弦向梁3上的水平安装孔内，销轴的安装方向垂直于水平安装孔方向，柱状伸缩机构1垂直固定且对称安装在弦向梁的上下表面和两端；
五组变展长结构单元之间通过相对应的展向梁轴6和展向梁套7并列销接在一起组成变形机翼的整体结构，最后一组变展长结构单元中的展向梁轴与机身的固定部位铰链连接，最后一组变展长结构单元中的最后一根主弦向梁3的一端与固定在机身内的变后掠液压缸11铰链连接，整个变形机翼的外表面采用蒙皮使机翼整体外形在变形前后始终保持光滑。
其中，蒙皮采用智能蒙皮材料，如伸缩材料、压电材料或形状记忆复合材料，其中形状记忆复合材料在一定条件作用下能够主动产生高达100%的大回复变形，形状记忆复合材料按增强相的种类大致分为三类,颗粒填充复合材料、纤维增强复合材料和短纤维增强复合材料。颗粒填充形状记忆复合材料主要作为功能材料,如向其中填加导电颗粒能制备电驱动的形状记忆聚合物；纤维增强形状记忆复合材料主要作为结构材料,其综合力学性能较好,具有回复力较大、结构刚度和强度较高等优点；短纤维增强形状记忆复合材料的力学性能和变形能力介于颗粒填充复合材料和纤维增强复合材料之间。
工作方式：
（1）变展长
如附图3，为变展长结构伸缩剖面示意图，当此机构伸长时，展长变长，当此机构缩短时，展长减小，如附图4所示，翼梢部分缩短，翼根部分伸长。
（2）变后掠
当变后掠液压缸伸缩时，展向梁和弦向梁则相对转动某个角度，此时机翼的后掠角（或前掠角）改变相同角度，如附图5。
（3）变翼型
如附图6为变翼型机构示意图，当前缘弦向短梁和后缘弦向短梁转动某个角度时，翼型的弯度就会改变，如附图7；当柱状伸缩机构有不同的伸长或缩短量时，翼型就会改变，如附图8。
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 (4)
1.变形翼机构，其特征在于包括两个以上的变展长结构单元、变后掠液压缸（11）和蒙皮，其中变展长结构单元包括两根以上的展向梁、两根弦向梁和柱状伸缩机构（1），展向梁包括展向梁套（7）、展向梁轴（6）、变展长电机（8）和丝杠（9），弦向梁包括主弦向梁（3）、前缘弦向短梁（2）、第一后缘弦向短梁（4）、第二后缘弦向短梁（5）和变弯度电机（10）；
一个变展长结构单元中，展向梁水平平行设置在同一平面内，展向梁与弦向梁相互垂直相交，展向梁的两个展向梁轴（6）通过销轴安装在相对应的主弦向梁（3）上的水平安装孔内，销轴的安装方向垂直于水平安装孔方向，柱状伸缩机构（1）垂直固定且对称安装在弦向梁的上下表面和两端；
变展长结构单元之间通过相对应的展向梁轴（6）和展向梁套（7）并列销接在一起，组成变形翼的整体结构，最后一组变展长结构单元中的展向梁轴与机身的固定部位铰链连接，最后一组变展长结构单元中的最后一根主弦向梁（3）的一端与固定在机身内的变后掠液压缸（11）铰链连接，整个变形翼的外表面采用蒙皮以保持变形翼整体外形在变形前后始终保持光滑。
2.如权利要求1所述的变形翼机构，其特征在于所述柱状伸缩机构（1）由电机、丝杆和丝杆套组成，电机通过正转和反转使丝杆套沿丝杆上下移动。
3.如权利要求1所述的变形翼机构，其特征在于所述主弦向梁（3）上等间距加工两个以上的水平安装孔，主弦向梁（3）的一端销接前缘弦向短梁（2），另一端依次销接第一后缘弦向短梁（4）和第二后缘弦向短梁（5），变弯度电机（10）分别安装在主弦向梁（3）与前缘弦向短梁（2）、主弦向梁（3）与第一后缘弦向短梁（4）、主弦向梁（3）与第二后缘弦向短梁（5）的连接部位，以控制整个弦向梁的弯曲度。
4.如权利要求1所述的变形翼机构，其特征在于所述展向梁套（7）为纵向剖面为矩形的筒形结构，其中部固定变展长电机（8），变展长电机（8）两端分别固定丝杠（9），丝杠（9）与展向梁轴（6）螺纹配合，同时展向梁轴（6）位于展向梁套（7）内部并与其内壁滑动配合。
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