CN104139847B - 一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘以及机翼前缘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘，飞机机翼包括弯度不可变的机翼中部，机翼中部包括主梁；弯度可变的机翼后缘包括后梁、平行设置的多组后缘杆组结构、后缘驱动机构；后梁连接主梁的后端；后缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆，摇杆的一端可旋转地连接后梁，摇杆的另一端可旋转地连接后缘杆组结构；后缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；其中，每组后缘杆组结构包括成对出现的多对5R闭环单元、多个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元；每对5R闭环单元包括一个上5R闭环单元、一个下5R闭环单元；本发明同时提供了一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼前缘。

Description

一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘以及机翼前缘

技术领域

本发明涉及一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘以及机翼前缘。

背景技术

人类一直梦想着飞机能像鹰隼那样在空中忽而振翅而飞，忽而盘旋消失在蓝天白云里，在执行不同任务(如巡航、盘旋、攻击等)能满足飞行环境(如高度、速度、气候等)的不同要求。传统的飞机采用改变机翼外形的办法，如采用前缘缝翼、后缘襟翼、变后掠角、变翼型弯度等方法，以适应起降、巡航和高速飞行等不同的飞行状态，力求获得比较理想的性能。

在上个世纪80年代后以美国为代表的研究，如1981年美国专利4,286,761中采用了电动驱动改变机翼，拟根据外界环境变化调整机翼局部形状；Gevers在1997年美国专利5,645,250中提出了多目标飞行器的设计方案，提供了机翼自适应的方式；1994年密歇根大学Kota教授首次提出了用柔性机构实现前后缘可变机翼的设计思想，并在实验室采用压电陶瓷作为驱动器进行了实验研究。

相比之下，国内研究变形机翼起步较晚，基本从本世纪初开始相继有南京航空航天大学、西北工业大学和哈尔滨工业大学等对可变形机翼特别是可变前后缘机翼进行了研究。

中国专利申请200910145195.8公开了一种基于SMA的自适应变体机翼后缘。该机翼分成2-5个后缘段，相邻后缘段通过安装于翼肋部位的关节相连，相邻后缘段之间还安装有偏转驱动机构，机翼后缘整体的偏转通过上述后缘段累积效应实现，关节为铰接式关节；偏转驱动机构由分别连接相邻后缘段的上SMA丝、下SMA丝和电流激励单元组成。

中国专利申请200910071613.3公开了一种形状记忆弹簧驱动的可变后缘弯度机翼，上金属薄板的前、后端面与连接板和机翼后缘的前端面固接,下金属薄板的前、后端面与连接板和机翼后缘的前端面固接，上、下金属薄板的同一侧表面上固定有上、下支柱，第一形状记忆弹簧的两端与固定板和上金属薄板固接，第二形状记忆弹簧的两端与上支柱和机翼后缘的前端面固接，第三形状记忆弹簧的两端与固定板和下金属薄板固接，第四形状记忆弹簧的两端与下支柱和机翼后缘的前端面固接。

此外，西北工业大学采用了机械多片串联结构对机翼后缘进行了可变调节。

综合上述，目前可变前后缘机翼机构的设计主要有两种：一是基于柔性材料，采用压电陶瓷等作为驱动器，连续调节机翼前后缘；二是机械多片多级串联结构，采用飞机传统的电动、气动驱动实现机翼后缘的连续变化。但是柔性变形通常采用的是记忆钛合金等，存在成本高，重量大，可拓展性低等缺点，关键是要实现柔顺变形需要刚度不能太大，这与飞机抵抗恶劣环境需要较高的刚度性能不符，因此会大大降低飞机的安全性；而机械多片多级串联调节方案，重量大、机翼蒙皮安装困难等不足，此外机翼中含有大量机械片状结构降低了飞机的隐蔽性，特别是战斗机。因此，这些技术方案功能受限、效率较低、安全性低，隐形性差难以适应较广范围飞行条件的变化。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于5R闭环单元、可组网、可冗余驱动、可连续改变机翼前后缘的机构，其能有效提高飞机的机动性能、电磁隐蔽性能、安全性能，且有效控制成本。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘，飞机机翼包括弯度不可变的机翼中部，机翼中部包括主梁；弯度可变的机翼后缘包括后梁、平行设置的多组后缘杆组结构、后缘驱动机构；后梁连接主梁的后端；后缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆，摇杆的一端可旋转地连接后梁，摇杆的另一端可旋转地连接后缘杆组结构；后缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；

其中，每组后缘杆组结构包括成对出现的多对5R闭环单元、多个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元；每对5R闭环单元包括一个上5R闭环单元、一个下5R闭环单元；组网三角单元的两边分别与相邻两个5R闭环单元共边；末端4R闭环单元的一边与相邻的一对5R闭环单元的公共边共边，其上下两个对边分别与组网三角单元共边，其最后一边与末端三角形单元共边；末端三角形单元的其中一杆与末端4R闭环单元的一杆共边。

本发明中，每组后缘杆组结构的自由度M计算如下：

M＝3*(5*N-3*N+1)-2*(5*N-2*N+1)＝1,其中N为5R闭环单元的个数，且N为偶数，因为5R闭环单元是一上一下成对出现的。

本发明中，组网三角单元的两边分别与相邻两个5R闭环单元共边，其主要作用是，约束整个后缘杆组结构的自由度。

本发明中，驱动装置可为例如电机，其驱动摇杆摆动，摇杆的摆动驱动其对应的一组后缘杆组结构进行运动，使机翼后缘表面的每个点连续变化，从而实现后缘的弯度可连续变化。

本发明中，多组后缘杆组结构平行设置，多组后缘杆组结构的对应同一位置的连接点由同一销轴串起。

根据本发明另一具体实施方式，飞机机翼包括机翼蒙皮，机翼蒙皮为整体蒙皮；机翼蒙皮与机翼中部通过铆钉连接；机翼蒙皮通过蒙皮固定结构与机翼后缘的组网三角单元和末端三角单元连接。

根据本发明另一具体实施方式，蒙皮固定结构为柔性固定结构，以便于机翼后缘的弯度变化。

根据本发明另一具体实施方式，后缘驱动机构包括上驱动摇杆和下驱动摇杆。后缘驱动机构采用冗余驱动方式进行双驱动。

根据本发明另一具体实施方式，上下相邻的两个5R闭环单元组网的方式为：每对5R闭环单元的上5R闭环单元和下5R闭环单元共用一个杆，且上5R闭环单元和下5R闭环单元与共用杆相连的杆件以共线方式连接。这样设置的优点是：可大大简化结构，减少整体的自由度，使整体的结构紧凑，避免干涉。

值得注意的是，相邻的两条共用横杆不共点、共用杆的两端点非纵向杆的中点。根据本发明另一具体实施方式，每对5R闭环单元的上5R闭环单元和下5R闭环单元的共用杆前高后低(前为靠近机翼中部方向，后为远离机翼中部方向；这样，可使机翼后缘的端部便于向下弯曲。同理，根据本发明另一具体实施方式，每对5R闭环单元的上5R闭环单元和下5R闭环单元的共用杆内低外高；这样，可使机翼后缘的端部便于向上弯曲。

根据本发明另一具体实施方式，左右相邻的两个5R闭环单元组网的方式为：左右相邻的两个5R闭环单元共用一个杆，且各自与共用杆相连的杆件所成的角度之和为定值。通过这样的设置，可实现整体的自由度约束，保证整体的自由度为1。

另一方面，本发明提供了一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼前缘，飞机机翼包括弯度不可变的机翼中部，机翼中部包括主梁；弯度可变的机翼前缘包括前梁、平行设置的多组前缘杆组结构、前缘驱动机构；前缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆，摇杆的一端可旋转地连接前梁，摇杆的另一端可旋转地连接前缘杆组结构；前缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；

其中，每组前缘杆组结构包括成对出现的至少一对5R闭环单元、多个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元；每对5R闭环单元包括一个上5R闭环单元、一个下5R闭环单元；组网三角单元的两边分别与相邻两个5R闭环单元共边；末端4R闭环单元的一边与相邻的一对5R闭环单元的公共边共边，其上下两个对边分别与组网三角单元共边，其最后一边与末端三角形单元共边；末端三角形单元的其中一杆与末端4R闭环单元的一杆共边。

进一步地，飞机机翼包括机翼蒙皮，所述机翼蒙皮为整体蒙皮；所述机翼蒙皮与所述机翼中部通过铆钉连接；所述机翼蒙皮通过蒙皮固定结构与所述机翼前缘的组网三角单元和末端三角单元连接。

进一步地，蒙皮固定结构为柔性固定结构，以便于机翼前缘的弯度变化。

本发明中，前缘杆组结构与后缘杆组结构的结构及作用机理类似，在此，对前缘杆组结构的结构及作用机理不再赘述。

本发明的有益效果是：

在本发明中采用了机械式组网结构，实现了机翼后缘光滑、连续的可变弯度技术，从而改善机翼的压力分布，提高现有飞行条件下的升阻比，提高最大升力系数，从而扩展了巡航范围。可变后缘机翼在变形过程中机翼表面蒙皮始终保持光滑连续无缝，大大地减少了雷达回波，从根本上提高了飞机的隐身性能。对侦察机而言，采用可变后缘弯度机翼可以提高其巡航能力和增加航程，同时其隐身性能也大为提高。本发明采用基于5R闭环单元的组网方式，对不同尺度机翼只需要扩展组网基本单元，具有较强的可拓展性，设计简单，刚度高，维修方便，提高飞机武器系统的作战机动性和安全性，减少了武器装备在服役过程中的风险性。本发明采用了上下两种冗余驱动方式有效提高飞机操纵安全性能。

附图说明

图1为实施例1的机翼变形前的形状示意图；

图2为实施例1的机翼变形后的形状示意图；

图3为实施例1的机翼后缘的结构示意图；

图4为实施例1中，5R闭环单元的组网方式示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供了一种飞机机翼，该飞机机翼包括机翼前缘1、机翼中部2、机翼后缘3、机翼蒙皮4；其中，机翼前缘1弯度可变，机翼中部2弯度不可变，机翼后缘3弯度可变。

如图3所示，弯度不可变的机翼中部2包括主梁；弯度可变的机翼后缘3包括后梁301、平行设置的多组(例如四组)后缘杆组结构、后缘驱动机构；后梁301连接主梁的后端；后缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆302，摇杆302的一端可旋转地连接后梁301，摇杆302的另一端可旋转地连接后缘杆组结构；后缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；

如图3所示，每组后缘杆组结构包括成对出现的多对(例如三对)5R闭环单元303、多个(例如六个)组网三角单元304、1个末端4R闭环单元305和1个末端三角单元306；每对5R闭环单元包括一个上5R闭环单元303a、一个下5R闭环单元303b；每个组网三角单元304的两边分别与相邻两个5R闭环单元303共边；末端4R闭环单元305的一边与相邻的一对5R闭环单元303的公共边共边，其上下两个对边分别与组网三角单元304共边，其最后一边与末端三角形单元306共边；末端三角形单元306的其中一杆与末端4R闭环单元305的一杆共边。

后缘驱动机构包括上驱动摇杆302a和下驱动摇杆302b。后缘驱动机构采用冗余驱动方式进行双驱动。

每对5R闭环单元的上5R闭环单元303a和下5R闭环单元303b的共用杆307前高后低。

如图4中I所示，上下相邻的两个5R闭环单元组网的方式为：每对5R闭环单元的上5R闭环单元303a和下5R闭环单元303b共用一个杆，且上5R闭环单元303a和下5R闭环单元303b与共用杆相连的杆件以共线方式连接。

如图4中II所示，左右相邻的两个5R闭环单元组网的方式为：左右相邻的两个5R闭环单元303a、303c共用一个杆，且各自与共用杆相连的杆件所成的角度之和为定值。

机翼前缘的机构与机翼后缘的结构类似，其区别在于，每组前缘杆组结构包括成对出现的一对5R闭环单元、两个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元。

机翼蒙皮4为整体蒙皮；机翼蒙皮与机翼中部通过铆钉连接；机翼蒙皮通过蒙皮固定结构401与机翼前缘的组网三角单元和末端三角单元连接；机翼蒙皮通过蒙皮固定结构与机翼后缘的组网三角单元和末端三角单元连接。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘，所述飞机机翼包括弯度不可变的机翼中部，所述机翼中部包括主梁；所述弯度可变的机翼后缘包括后梁、平行设置的多组后缘杆组结构、后缘驱动机构；所述后梁连接所述主梁的后端；所述后缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆，所述摇杆的一端可旋转地连接所述后梁，所述摇杆的另一端可旋转地连接所述后缘杆组结构；所述后缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；

其中，每组所述后缘杆组结构包括成对出现的多对5R闭环单元、多个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元；每对所述5R闭环单元包括一个上5R闭环单元、一个下5R闭环单元；所述组网三角单元的两边分别与左右相邻两个5R闭环单元共边；所述末端4R闭环单元的一边与相邻的一对5R闭环单元的公共边共边，其上下两个对边分别与组网三角单元共边，其最后一边与末端三角形单元共边；所述末端三角形单元的其中一杆与末端4R闭环单元的一杆共边。

2.如权利要求1所述的弯度可变的机翼后缘，其中，所述飞机机翼包括机翼蒙皮，所述机翼蒙皮为整体蒙皮；所述机翼蒙皮与所述机翼中部通过铆钉连接；所述机翼蒙皮通过蒙皮固定结构与所述机翼后缘的组网三角单元和末端三角单元连接。

3.如权利要求2所述的弯度可变的机翼后缘，其中，所述蒙皮固定结构为柔性固定结构。

4.如权利要求1所述的弯度可变的机翼后缘，其中，所述后缘驱动机构包括上驱动摇杆和下驱动摇杆。

5.如权利要求1所述的弯度可变的机翼后缘，其中，上下相邻的两个所述5R闭环单元组网的方式为：

每对所述5R闭环单元的上5R闭环单元和下5R闭环单元共用一个杆，且所述上5R闭环单元和所述下5R闭环单元与共用杆相连的杆件以共线方式连接。

6.如权利要求5所述的弯度可变的机翼后缘，其中，每对所述5R闭环单元的上5R闭环单元和下5R闭环单元的共用杆前高后低。

7.如权利要求1所述的弯度可变的机翼后缘，其中，左右相邻的两个所述5R闭环单元组网的方式为：

左右相邻的两个所述5R闭环单元共用一个杆，且各自与共用杆相连的杆件所成的角度之和为定值。

8.一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼前缘，所述飞机机翼包括弯度不可变的机翼中部，所述机翼中部包括主梁；

所述弯度可变的机翼前缘包括前梁、平行设置的多组前缘杆组结构、前缘驱动机构；所述前缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆，所述摇杆的一端可旋转地连接所述前梁，所述摇杆的另一端可旋转地连接所述前缘杆组结构；所述前缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；

其中，每组所述前缘杆组结构包括成对出现的至少一对5R闭环单元、多个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元；每对所述5R闭环单元包括一个上5R闭环单元、一个下5R闭环单元；所述组网三角单元的两边分别与相邻两个5R闭环单元共边；所述末端4R闭环单元的一边与相邻的一对5R闭环单元的公共边共边，其上下两个对边分别与组网三角单元共边，其最后一边与末端三角形单元共边；所述末端三角形单元的其中一杆与末端4R闭环单元的一杆共边。

9.如权利要求8所述的弯度可变的机翼前缘，其中，所述飞机机翼包括机翼蒙皮，所述机翼蒙皮为整体蒙皮；所述机翼蒙皮与所述机翼中部通过铆钉连接；所述机翼蒙皮通过蒙皮固定结构与所述机翼前缘的组网三角单元和末端三角单元连接。

10.如权利要求9所述的弯度可变的机翼前缘，其中，所述蒙皮固定结构为柔性固定结构。