CN104192293A - 一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构 - Google Patents

Abstract

一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构，它由合页组件、摇杆组件和锁定组件组成；合页组件中的合页通过铆钉或螺栓安装在机身蒙皮上，锁定组件中的插销圆形端套在摇杆组件中的摇杆中部；摇杆组件中的摇杆两端穿过合页组件中合页销的中部圆孔。本发明是一种根据无人飞行器蒙皮结构和舱门构型来设计的一套可以实现舱门开启、关闭以及锁定等功能的机构。该机构采用铰链机构将舱门连接在机身蒙皮上，只需打开保险锁便可以轻松实现舱门的启闭，有效解决传统方法中需要拆装大量快卸螺栓才能完成舱门的开启和关闭以及需要频繁拆卸和挪动舱门等缺点，大大提高了飞行器使用和维护的效率、可靠性及安全性。

Description

一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构

技术领域

本发明涉及一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构，它可用于实现具有较薄且曲面造型复杂的外型的无人飞行器的设备舱门的开启、关闭及锁定，属无人飞行器设计技术领域。

技术背景

日常生活中，常见的门大多是平直门，仅通过安装合页等简易铰链机构就能实现这类门的开启和关闭。而对于一般的客机、军机等飞行器，虽然具有曲面外型，但由于机身壁较厚，可以在机身蒙皮内部设计平直结构来为铰链的设计提供方便，很大程度上减少了飞机舱门机构的设计难度。而在无人直升机、无人固定翼飞机等无人飞行器的结构设计过程中，飞行器复杂的气动曲面造型以及其几毫米甚至不到一毫米的蒙皮厚度常常对飞行器的设备舱门机构的设计产生很大的障碍。

对于这种蒙皮较薄且曲面造型复杂的无人飞行器的设备舱门的设计，目前最常见的是采用安装快卸螺栓的方法来实现舱门的打开和关闭。这种方法较多用在小口径(外形尺寸15厘米以内)舱门的设计上，因为小舱门需要的快卸螺栓较少，可以实现快速的拆卸。而较大舱门采用这种快卸螺栓的设计则不是很可取，原因在于：第一，较大舱门采用这种方法需要较多的快卸螺栓，实现舱门的安装和拆卸费时费力，违背飞行器使用和维护中的简便迅速的基本理念。第二，这种方法完成舱门的开启和关闭需要将整个舱门卸下或安装，大舱门采用此种方法在飞行器装配和维护过程中必然需要多人配合才能完成舱门的装卸，严重降低了工作效率。此外，在频繁地装卸和挪动舱门过程中难以避免会对舱门造成损害，影响飞行器的可靠性和使用寿命，同时也无疑会增加作业的安全隐患。

发明内容

本发明针对具有较薄的复杂曲面造型蒙皮结构的无人飞行器的设备舱门提出一种全新的舱门机构，它是一种根据无人飞行器蒙皮结构和舱门构型来设计的一套可以实现舱门开启、关闭以及锁定等功能的机构装置。该机构采用铰链机构将舱门连接在机身蒙皮上，只需打开保险锁便可以轻松实现舱门的启闭。可有效解决传统采用快卸螺栓的方法中需要拆装大量快卸螺栓才能完成舱门的开启和关闭以及需要频繁拆卸和挪动舱门等缺点，大大提高了飞行器使用和维护的效率、可靠性及安全性等。

本发明的基本原理为：舱门启闭采用普通的摇杆机构来设计完成，用以实现具有较薄的复杂曲面造型蒙皮结构的无人飞行器的设备舱门启闭动作；而舱门保险锁定则利用摇块机构来设计，飞行器表面空气有较强对流，所以舱门的边缘采用保险锁定设计可有效增加飞行的可靠性和安全性。在复杂曲面造型的蒙皮上设计舱门机构，设计难点在于转轴的设计定位。由于曲面造型没有直接可用的直线作为轴线，故与平直门采用的门合页的转轴设计方法不同，本发明将合页组件安装固定在机身蒙皮上舱门上下角对应处，再将一根曲轴两端分别穿过两个合页组件的合页销孔形成转动副，这样便可将曲轴作为舱门启闭机构的转轴来实现舱门的开启和关闭。此外，采用曲轴而非直杆作为舱门启闭机构转轴是为舱门的保险锁定机构模块设计提供支持。本发明可以用作各种具有较薄的复杂曲面造型蒙皮结构的无人飞行器的舱门机构，在飞行器的设计过程中就需要完成相应舱门的机构设计，不同曲面形状的蒙皮和舱门造型只需更改该舱门机构部分零部件的尺寸和形状，总体原理并不改变。

本发明一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构，它由以下三部分组成：合页组件、摇杆组件和锁定组件。它们之间的位置连接关系是：合页组件中的合页通过铆钉或螺栓安装在机身蒙皮上，锁定组件中的插销圆形端套在摇杆组件中的摇杆中部；摇杆组件中的摇杆两端穿过合页组件中合页销的中部圆孔。

所述合页组件由合页和合页销组合而成。合页销穿过合页两头的圆形套筒；单页舱门的舱门机构需要两个合页组件作为曲轴的安装支点。其中，合页由薄的钢片加工而成，两端窝成圆筒状，用于安装合页销。合页销是中间径向开有一个安装孔的圆杆，套在合页卷筒内，可自由转动。合页采用铆接或螺栓连接方式固定在蒙皮内部，此外，由于合页相对舱门来说尺寸很小，所以安装时基本可以忽略蒙皮曲率的影响。

所述摇杆组件由两根摇杆和一根曲轴组合而成。曲轴呈凹形，两端分别穿插在两个合页组件的合页销中间孔中，曲轴两端带有螺纹，用来安装螺母以保证曲轴不能相对于合页组件作轴向运动，但保留了曲轴的绕轴旋转的自由度，其可绕合页销中间孔作旋转运动。摇杆为两片较薄金属片折弯而成，一端窝成圆筒状，圆筒套在曲轴的两头，另一端是开有4个固定在舱门圆孔的能与舱门紧密贴合的曲面，并在预定的位置和角度安装固定，使其与曲轴固连成一体，可共同沿曲轴的安装孔作旋转运动。

所述锁定组件由插销、导轨和卡扣组成，但三者没有固定的连接关系，在实现舱门的启闭过程中，三者都是相对运动的，而且并非单自由度的运动。插销由中间开矩形槽的矩形薄金属片窝成，矩形槽套在固定安装在机身蒙皮上导轨的耳片上，插销端部的圆筒套在曲轴上，可绕曲轴自由转动。导轨由底板和顶板组成，底板通过铆钉安装在机身舱门开口处边缘。导轨在上下两片板的组合下形成两端开口大小不一的通道，联合底板上弯折的耳片共同为插销在其中的穿插运动作导向和限幅。卡扣安装在舱门上，可绕其在舱门上的安装孔作旋转运动，从而实现锁定组件的锁定和开启动作。

机构的运行原理：整个舱门机构由合页组件、摇杆组件和锁定组件等三个组件组成，该机构主要的机构形式是摇杆摇块机构，它是一种简单的平面四杆机构。当打开或关闭舱门时，固联的舱门与摇杆的运动相当于机构的摇杆部分运动，摇杆绕铰链中心即合页销的中间孔转动，从而使曲轴的中间突出部分带动插销运动，即摇块部分的运动，配合卡扣的转动便可实现舱门的锁定机构的开启和锁定。

本发明的优点是：

该舱门机构可有效地实现具有较薄且曲面造型复杂的外型的无人飞行器的设备舱门的开启、关闭及锁定等功能，解决了复杂曲面造型结构的舱门启闭的设计问题，也为舱门的保险锁定提供良好的解决方案。同时也有效地避免了传统采用快卸螺栓的方法中需要拆装大量快卸螺栓才能完成舱门的开启和关闭以及需要频繁拆卸和挪动舱门等缺点，大大提高了飞行器使用和维护的效率、可靠性及安全性等。

附图说明

图1为合页组件图；

图2为摇杆组件图；

图3为锁定组件图；

图4为舱门机构装配总图；

图5a为舱门机构关闭状态图；

图5b为舱门机构开启状态图；

图6a为锁定组件卡扣关闭状态图；

图6b为锁定组件卡扣开启状态图；

图6c为锁定组件插销动作过程状态图；

图6d为锁定组件插销完全开启状态图；

图7a为舱门关闭效果图；(外看)

图7b为舱门开启效果图；(外看)

图7c为舱门关闭效果图；(内看)

图7d为舱门开启效果图；(内看)

图中具体标号的含义如下：

01 合页组件；02 摇杆组件；03 锁定组件；

①合页；②合页销；③曲轴；④摇杆；⑤插销；⑥导轨；⑦卡扣；⑧左舱门；⑨右舱门；⑩机身蒙皮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构。

图1、图2和图3分别是合页组件01、摇杆组件02和锁定组件03的拆分示意图。合页组件01由合页①和合页销②组成；摇杆组件02由两个摇杆④和曲轴③装配而成；锁定组件03由插销⑤、导轨⑥和卡扣⑦三个零件组成。

图4为舱门机构的装配总图。两套合页组件01通过铆钉或螺栓固定安装在机身舱门开口处的蒙皮上，合页①的圆筒中套有可任意转动的合页销②，合页销②中间钻有一个径向的通孔，用于安装曲轴③。曲轴③为中空的薄壁铝管，有两个折弯转角，两头部分处于一条直线上，曲轴③中间段是为锁定组件02中插销⑤的安装而设计。摇杆④是也是折弯件，一端的圆筒套在曲轴③的两头，并根据设计以一定的角度和位置固联在曲轴③上，摇杆④的另一端则设计成能与舱门安装的曲面造型，采用数模加工，可与舱门的曲面紧密贴合。插销⑤一头套在曲轴中段，并可以绕曲轴③旋转，同时穿过导轨⑥，和导轨⑥、曲轴③一同形成一个摇块机构。导轨⑥利用铆钉等安装在机身舱门的开口边缘处，导轨⑥两头的开口尺寸不一样，呈喇叭状。如图4中，左边开口较大，右边开口较小，刚好可以让插销⑤自由穿过但不出现大的晃动。导轨⑥的底板左端有折弯的耳片，用于穿插在插销⑤的矩形槽中，给插销⑤在运动过程中做竖直方向上的定位作用。卡扣⑦由手柄、转轴和卡块组成，卡扣⑦安装在舱门上，可绕安装孔自由转动，用以卡住插销槽来锁定舱门。

本发明一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构主要的机构形式是摇杆摇块机构，它是一种简单的平面四杆机构。其机构运动原理为：当打开或关闭舱门时，固联的舱门与摇杆④的运动相当于摇杆摇块机构的摇杆部分运动，摇杆④带动曲轴③绕铰链中心即曲轴③与合页销②形成的旋转中心转动，同时使曲轴③的中间突出部分带动插销⑤运动，即摇杆摇块机构的摇块部分的运动，再配合卡扣⑦的转动便可实现舱门的锁定机构的开启和锁定。其中，本发明示意图中实现舱门的完全开启和关闭之间的角度(即摇杆④与曲轴③所固连形成的结构绕曲轴③和合页销②组成的旋转中心旋转的角度)为85°左右。

整套机构靠合页组件01安装在蒙皮上，以上下两个合页销②中间的孔所对应的直线作为舱门启闭的旋转轴线。如图5a、b所示，图5a图中舱门处于关闭状态，锁定组件03处于锁定状态，卡扣⑦勾住插销⑤，如图6a中所示，此时舱门处于锁定状态，即使打开门主锁(本发明在图中未给出舱门主锁的示意图，主锁采用一般门锁即可，安装在门中间)也无法打开舱门。当需要打开舱门时，首先打开舱门主锁，然后将卡扣⑦的手柄旋转180度，此时舱门锁定组件03的状态如图6b中所示，即为保险锁定处于开启状态，便可开启舱门。开启过程和开启后的舱门锁定组件03的状态图分别如图6c和图6d所示，开启后的舱门及机构状态简图如图5b中所示。图7a、b、c、d为舱门开启、关闭及锁定的效果图，图7a和图7b分别为舱门关闭和开启时舱门外观效果图，图7c和图7d分别为舱门关闭和开启时舱门内部效果图。从图7a、b、c、d可以看出，本发明一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构在完全开启后舱门敞开大，作业方便；关闭后，舱门各接缝封闭严实，而且机构较为紧凑，对设备舱的空间占有少。

本发明提出一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构，可有效实现薄壁式复杂曲面造型无人飞行器舱门的启闭和保险锁定。适用于此类飞行器上的任何大小舱门、单双页舱门等，为薄壁式复杂曲面造型无人飞行器提供了一套简便而安全可靠舱门机构系统，很大程度上增加了飞行器使用和维护的效率、可靠性及安全性等，对无人飞行器的设计具有一定的意义。

Claims (1)

1.一种薄壁式复杂曲面造型无人飞行器的设备舱门机构，其特征在于：它由合页组件、摇杆组件和锁定组件组成；合页组件中的合页通过铆钉或螺栓安装在机身蒙皮上，锁定组件中的插销圆形端套在摇杆组件中的摇杆中部；摇杆组件中的摇杆两端穿过合页组件中合页销的中部圆孔；

所述合页组件由合页和合页销组合而成；合页销穿过合页两头的圆形套筒，单页舱门的舱门机构由两个合页组件作为曲轴的安装支点；其中，合页由薄的钢片加工而成，两端窝成圆筒状，用于安装合页销；合页销是中间径向开有一个安装孔的圆杆，套在合页卷筒内，能自由转动；合页采用铆接或螺栓连接方式固定在蒙皮内部，此外，由于合页相对舱门来说尺寸很小，所以安装时基本忽略蒙皮曲率的影响；

所述摇杆组件由两根摇杆和一根曲轴组合而成，曲轴呈凹形，两端分别穿插在两个合页组件的合页销中间孔中，曲轴两端带有螺纹，用来安装螺母以保证曲轴不能相对于合页组件作轴向运动，但保留了曲轴的绕轴旋转的自由度，能绕合页销中间孔作旋转运动；摇杆为两片较薄金属片折弯而成，一端窝成圆筒状，圆筒套在曲轴的两头，另一端是开有4个固定在舱门圆孔的能与舱门紧密贴合的曲面，并在预定的位置和角度安装固定，使其与曲轴固连成一体，共同沿曲轴的安装孔作旋转运动；

所述锁定组件由插销、导轨和卡扣组成，但三者没有固定的连接关系，在实现舱门的启闭过程中，三者都是相对运动的，而且并非单自由度的运动；插销由中间开矩形槽的矩形薄金属片窝成，矩形槽套在固定安装在机身蒙皮上导轨的耳片上，插销端部的圆筒套在曲轴上，能绕曲轴自由转动；导轨由底板和顶板组成，底板通过铆钉安装在机身舱门开口处边缘，导轨在上下两片板的组合下形成两端开口大小不一的通道，联合底板上弯折的耳片共同为插销在其中的穿插运动作导向和限幅；卡扣安装在舱门上，能绕其在舱门上的安装孔作旋转运动，从而实现锁定组件的锁定和开启动作。