CN104802978A - 一种飞行器折叠翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器折叠翼装置，所述装置包括上半翼(1)、下半翼(2)、转动轴(3)、锁紧机构(4)、连动机构(5)、触发机构(6)和拨转机构(7)，所述装置可通过触发机构(6)和拨转机构(7)带动锁紧机构(4)由折叠状态转入锁紧状态，使上下翼面完全打开，并可以通过手动可逆运转地完全复位。本装置结构简单、占用空间小、成本低、操作便利、复位快速、同侧翼面展开同步性高、并保证锁紧后单片翼面可以正常承受翼面载荷。

Description

一种飞行器折叠翼装置

技术领域

本发明公开了一种折叠翼装置，属于航空机械技术领域。

背景技术

随着导弹技术的发展，箱式发射、发射装置小型化成为主流，而对于飞行器来说，翼面的大小是空间利用率最低的部件，也是缩小飞行器储存和发射所需体积最主要的入手点。实现机翼可控性折叠展开成为设计关键。

折叠翼系统一般由可折叠翼面、折叠机构和能源这三个基本部分组成。折叠机构是结构设计的核心，由折叠展开机构、定位锁紧机构两个基本部分组成。折叠展开机构是允许翼面适时折叠和展开的机构，是可折叠功能的执行模块；而定位锁紧机构是确保折叠机翼展开后能正常承载的机构，是机翼功能的保障模块。折叠机构的复杂程度与翼面的参数及机构自动化水平等因素相关。能源是提供机构运转动力的部分，机构的可控性要求越高，能源系统越复杂，大型飞行器折叠翼结构通常包含复杂的传感器和控制程序。

如某型号舰载战斗机折叠机翼可自动折叠和展开，增加军舰可以装载的飞机数量，配备的是液压驱动系统，除了翼面上装有传感器和操纵机构，机身内还有液压元件和控制回路；除此之外某火箭弹采用燃气压力式折叠翼系统，利用燃气压力作为展开力，虽然机构构造复杂，但是展开力较大，可以推转面积、质量较大的翼面；还有某型号地空炸弹，弹身直径200mm长约1m翼面采用收入弹身的纵向折叠方式，发射直径缩小近1/2。

目前折叠翼的方案有多种，但是由于机翼是飞行器主要受力元件，对折叠翼机构的精确度、可靠性，展开后翼面的强度等方面要求严苛，导致往往结构复杂，研制难度大，研制成本高，不适用于中小型飞行器折叠翼的使用性和经济性要求。如果要针对中小型飞行器折叠翼研制折叠机构，就必须抛弃大型的自动化设备或者复杂的控制元件，代之以创新的机构设计，来实现折叠翼功能。在机构设计的过程中，主要有以下几个关键技术问题必须解决：

1)锁紧机构要求必须锁紧上下半翼，使之展开后能够正常承受设计的气动载荷，一般紧固可靠的结合方式如螺栓联接、铆接、焊接、涂胶等都是不可拆卸的，而锁紧机构必须在折叠时断开联接、展开时自动联接，一般的紧固方式不能使用，怎样设计出既紧固又好收放的锁紧机构是关键问题之一。

2)锁紧机构需要有定时元件准确可靠地触发，在上半翼复位时及时锁紧上下半翼。因为已经复位但是尚未锁紧的上下半翼结构不是完全的一体结构，比较脆弱，几乎不能承受垂直翼面载荷，如果没有及时锁紧，气动载荷的作用可能导致翼面变形无法正常锁紧或者直接破坏未锁紧翼面。

3)触发机构工作后，必须解锁原本处于收起状态的锁紧装置，如何迅速传递定时单元传递的信号，如何及时可靠解锁锁紧装置，也是保证上下半翼顺利及时联接锁紧的重要一环。

4)整个机构应该可在不拆卸机翼的条件下恢复原位。为了方便进行结构调试和检验，整套机构的连动不应该是单向的，应该实现在手动折叠的过程中，整个机构可以复原到折叠状态，且整个过程无需拆卸机翼，直接外部操作即可。

5)机构的各个组成单元必须都固定在机翼内部，确保固定方式牢固可靠，且机构运转不受重力方向影响，在机翼姿态变化、翼面变形的情况下都可正常工作。

设计折叠翼机构的时候，除了要解决上面这些技术问题，为了实现可以应用于已有非折叠翼型号飞行器改造，必须尽量缩小机构占用空间，将所有零部件置于机翼内部空间，并且适用于翼展1m左右，翼载1000N以下的各种常见翼型。本发明的目的就是解决上述技术问题，提供一种结构简单、操作便利、占用空间小、成本低的飞行器折叠翼装置。

发明内容

基于上述发明目的，本发明采用“手动折叠、自动展开锁紧”的发明理念，采用折叠转轴与飞行器对称轴平行的横向折叠形式，单向自动化全机械结构，降低系统复杂程度，依据强度计算与运动仿真结果合理设计传动机构，保证结构可靠性，提供了一种折叠翼装置，所述装置包括：

可折叠和展开的上半翼1、状态恒定的下半翼2、用于固定上半翼1并使其绕轴转动以在折叠状态和展开状态之间转换的转动轴3、用于锁紧上半翼1的展开状态并可逆性复转的锁紧机构4、用于控制锁紧机构4在锁紧和释放状态之间转换的触发机构6和拨转机构7，以及用于同步连动触发机构6和拨转机构7的连动机构5，其中上半翼1通过转动轴3被固定于下半翼2上。

在一个优选的技术方案中，在所述上半翼1的接触面设置有两个凸起的连接臂11，在所述下半翼2设置有与所述连接臂11相适应的两个凹入的连接槽21，在所述折叠翼完全展开时，所述连接臂11与连接槽21完全对合；转动轴3设置于连接臂11与连接槽21的中间位置，所述转动轴3由扭簧组31驱动。扭簧的数量可以为两个或以上，但是至少需要在转动轴3的两端各设置一个。为了增加上下半翼面的接触面积，上半翼1与下半翼2上下翼的接触面可以呈齿状啮合。

优选地，所述锁紧机构4设置在下半翼2上分布的两个连接槽21中间的位置，其中设置连通上半翼1和下半翼2的直槽41，所述直槽41中放置锁紧滑块42，锁紧滑块42可在直槽41内上下滑动并可被固定或释放。滑块可以由钢制材质构成，均质的立方体构型可以保证在上半翼复位时作为连接上下半翼的主要元件，能够承受垂直翼面的主要气动载荷。

更为优选地，在所述直槽41上设置卡槽43，在滑块42下端上设置带有杆状凸起的按钮44，所述按钮44在卡槽43中能够往返滑动，使得滑块42可以被固定或释放。还可以在滑块42上端设置一与按钮44相同高度的弧形凸起的弹扣47，在上半翼中一半直槽的对应位置有弧形凹槽48，以保证滑块42在锁紧上半翼的时候，弹扣47与凹槽48扣合，以防止滑块42上下运动。而且弹扣47和按钮44连动，在折叠时按下按钮44，弹扣47也相应收起。

更为优选地，所述卡槽43为与直槽平行的的哑铃形构造，其上下两端铃形构造为固定档位，下端档位为折叠档位，上端档位为锁紧档位，所述按钮44可以通过在卡槽43中滑行并进入和离开固定档位。

更为优选地，滑块42底部设置有压簧装置45，压簧装置45背部设置有压簧装置46，其通过压簧45间接影响滑块的轴的倾斜。当滑块42压入下翼面2时，压簧装置45处于压缩储力状态，按钮44进入折叠档位，通过压簧装置46的压力固定使滑块不会弹出。

在一个优选的技术方案中，所述连动机构5包括安装于下半翼2上的齿轮51A和齿轮51D、与齿轮51A连动的齿轮51B和传动带52A、与齿轮51D连动的齿轮51C和传动带52B,以及连接齿轮51B与齿轮51C的连动轴53，齿轮51A的轴心安装有扭簧54。

优选地，所述触发机构6安装于下半翼2上，包括一可嵌于齿轮51A齿间的齿轮锁扣61以及由锁扣61延伸出的触片62。

更为优选地，所述拨转机构7由齿轮转轴71和拨转片72构成，齿轮转轴71一端固定于齿轮51D并与其同轴转动，另一端与拨转片72相连，拨转片72，当齿轮51D转动带动拨转片转动，滑块42下部被向后推动，滑块42整体向后转动，按钮44从卡槽43脱出解锁。

优选地，齿轮转轴71通过一短柄73与拨转片72相连，所述拨转片72呈直角状，所述直角内侧表面与滑块42前面和下底面贴合。

本发明主要依靠传动机构、弹簧装置和卡槽结构来完成翼面折叠展开功能。原理是手动折叠上翼面后，上翼面在扭簧作用下绕轴展开，其复位运动结束时触发锁紧装置锁紧上下翼面。整个装置有以下几个技术创新点：

1.锁紧滑块及其附属机构。为了承受垂直翼面的主要气动载荷，设计一个高强度立方体钢制滑块，在上下半翼的交界面上连通两半翼面的直槽里上下滑动。滑块设置“锁紧”(展开)和“折叠”两个档位，控制档位的是下半翼上的卡槽和滑块上的按钮。上下滑动由其底部连接的弹簧驱动，当滑块处于“折叠”档位时，弹簧处于压缩状态。滑块强度大，且能两档任意切换，可以在上半翼复位时作为主要连接上下半翼，承受较大气动载荷的元件。

2.复位触片及其连动机构。设计一个触片机构安装在下半翼上，位于上半翼复位转动的运动路线上，使之复位时上半翼的运动会触发触片机构。触片机构连动里面的齿轮结构的锁扣松开，齿轮在预扭的扭簧作用下开始转动，带动连动机构启动滑块的解锁机构。这个机构实现了用机械元件实现定时启动，通过设计触片位置可以及时的启动解锁滑块锁紧上下翼面。

3.滑块解锁机构和拨转机构。由于滑块是通过背部的弹簧将档位按钮固定在“折叠”档位上，解锁的途径是压缩弹簧使按钮从卡槽中退出，滑块在弹簧作用下滑到“锁紧”档位上，设计采用一个绕轴运动的拨转机构(齿轮51D是解锁机构的驱动，带动拨转机构转动)，作用在滑块的底部(拨转结构如图7所示，由一个一端与齿轮51D同轴转动一头固定在拨转片上的短柄还有呈直角状的拨转片组成，拨转片的直角内侧表面与立方体滑块前面和下底面贴合)。齿轮51D与触发机构的齿轮51A连动，在触发机构传递的转动载荷作用下，齿轮51D转动带动短柄然后拨转片转动，滑块下部被向后推动，滑块整体向后转动，按钮从卡槽脱出解锁。由于该机构直接利用了触片机构的转动载荷，能够实现与触片机构无时差连动，并且迅速解锁滑块，锁紧上下半翼。

4.反向复原机理。翼面自动展开的所有驱动单元都是弹簧和扭簧，具有可逆运转性；滑块解锁机构的拨转片在手动折叠将滑块收入下翼面的时候会在滑块的带动下恢复原位，带动连动机构转动并传递转动载荷直到触片机构中的齿轮，所有元件恢复原来的折叠状态。

该方案仅由机械结构组成，通过机构设计实现折叠过程系统自驱动运转，无需能源补给，不含电子元件或控制程序，简单可靠。在实现折叠翼必须的功能和可靠性基础上，将结构复杂性和成本控制在较低水平，占用空间小，可应用于旧型号翼面可折叠化改造。

通过计算，将本专利应用于翼展1m左右，单片翼载约1000N的中小型飞行器时，所有元件都采用常见的规格，可在解除折叠约束后带动上半翼面在500ms内复位。且通过合理结构优化，可保证同侧两对互相折叠扣合的翼面展开时间差在100ms内，并保证锁紧后单片翼面可以正常承受翼面载荷。

由于结构简单，应用本专利生产的折叠翼面较普通翼面生产成本只增加50～80％，只占一般中小飞行器总成本的1％以下，如果进行非折叠翼的升级改造，可以较低的成本将飞行器发射尺寸减小约1/3。

附图说明

图1.本发明折叠翼的结构示意图；

图2.本发明折叠翼的一个具体实施方案的折叠状态细节图；

图3.本发明折叠翼的一种具体实施方案的锁紧状态细节图；

图4.锁紧机构在直槽41内滑行时的细节图

图5.触发机构细节图；

图6.锁紧机构和拨转机构在折叠状态时的细节图；

图7.拨转机构在解锁折叠状态时的运行原理图；

图8.锁紧机构和拨转机构从锁紧到折叠状态时的手动复位过程图。

附图标记说明：

1 上半翼、

11 连接臂

2 下半翼

21 连接槽，

3 转动轴

31 扭簧组

4 锁紧机构

41 直槽

42 锁紧滑块

43 卡槽

44 按钮

45 压簧装置

46 压簧装置

47 弹扣

48 凹槽

5 连动机构

51 齿轮(A、B、C、D)

52 传动带(A、B)

53 连动轴

54 扭簧

6 触发机构

61 齿轮锁扣

62 触片

7 拨转机构

71 齿轮转轴

72 拨转片

73 短柄

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

实施例

将本专利应用于BWⅢX-3型靶弹的固定翼改造上，将原本固定翼的整体翼面通过利用1/3的翼内空间放置折叠机构和弹簧等，将普通翼面改装成折叠翼。

以下是本发明的一个具体实施方案：

图1显示了本装置的设计草图，显示本装置包括上半翼1、下半翼2、转动轴3、锁紧机构4、连动机构5。图1B是图1A的剖面图，剖切位置和投影方向如1A上的虚线剖面线和箭头B-B所示，由于机翼里面部件不是对称分布，为剖到所有关键零部件，这里选取的剖面不是翼面对称面。

图2显示的是折叠翼在折叠状态时的细节图，如图所示，在所述装置的上半翼1与下半翼2的接触面设置有两个凸起的连接臂11，在所述下半翼2设置有与所述连接臂11相适应的两个凹入的连接槽21，转动轴3设置于连接臂11与连接槽21的中间位置，所述转动轴3由扭簧组31驱动。

在上半翼1和下半翼2交界处设置有锁紧机构，其中设置连通上半翼1和下半翼2的直槽41，所述直槽41中放置锁紧滑块42，滑块42底部设置有压簧装置45，在折叠状态时，滑块42压入下翼面2，压簧45处于压缩储力状态。

在下半翼(2)上设置的连动机构包括：安装于下半翼2中的齿轮51A、与拨转机构连动的齿轮51D、与齿轮51A连动的齿轮51B和传动带52A、与齿轮51D连动的齿轮51C和传动带52B,以及连接齿轮51B与齿轮51C的连动轴53。所述触发机构6安装于在下半翼2上。

图3显示的是折叠翼在锁紧状态时的细节图，如图所示，在所述折叠翼完全展开时，所述连接臂11与连接槽21完全对合。在折叠状态时，滑块42的一部分进入上翼面1中，压簧45有所伸长，仍剩余部分应力将滑块稳定在直槽顶部。

图4显示的是折叠翼的锁紧机构在直槽41内滑行时的细节图。如图所示，设置连通上半翼1和下半翼2的直槽41，所述直槽41中放置锁紧滑块42，锁紧滑块42可在直槽41内上下滑动，

在所述直槽41上设置卡槽43，卡槽43为垂直的哑铃形构造，其上下两端铃形构造为固定档位，其中下端档位为折叠档位，上端档位为锁紧档位，在所述滑块42上设置与铃形构造相适应的带有杆状凸起的按钮44，所述按钮44可以通过在卡槽43中滑行并进入和离开固定档位，使得滑块42可以被固定或释放。在滑块42上端设置一与按钮44相同高度的弧形凸起的弹扣47，在上半翼中一半直槽的对应位置有弧形凹槽48，以保证滑块42在锁紧上半翼的时候，弹扣47与凹槽48扣合，以防止滑块42上下运动。弹扣47和按钮44连动，在手动折叠时按下按钮44，弹扣47也相应收起。

滑块42底部设置有压簧装置45，压簧装置45背部设置有压簧装置46，其通过推动压簧45间接影响滑块的轴的倾斜。当滑块42压入下翼面2时，压簧45处于压缩储力状态，按钮44进入折叠档位，通过压簧装置46的压力固定使滑块不会弹出。

图5显示的是折叠翼的触发机构的细节图。所述触发机构6包括一可嵌于齿轮51A齿间的齿轮锁扣61以及由锁扣61延伸出的触片62。齿轮51A的轴心安装有扭簧54。

图6显示的是锁紧机构和拨转机构在折叠状态时的细节图；齿轮51D是拨转机构的驱动齿轮，齿轮转轴71和短柄73与拨转片72相连，拨转片72与滑块42下部面接触，此时滑块按钮44位于折叠档位上，装置处于折叠状态。

图7显示的是拨转机构在解锁折叠状态时的原理细节图，显示了齿轮转轴71和短柄73与拨转片72的连动关系。

图8显示的是锁紧机构和拨转机构从锁紧到折叠状态时的手动复位过程图，图8A显示手动折叠使滑块沿着直槽41向下运动解锁上半翼时，拨转片72与滑块42的相对位置，以及滑块42的运动方向。经过图8B及图8C的运动过程，最终滑块装置将复位成折叠状态。

本具体实施方案的工作机理为：

从折叠到锁紧：当上翼面1折叠时扭簧组31处于扭转储力状态，转轴3与上翼面1固联同步转动，当上翼面被释放时，扭簧组31释放扭力，上半翼1在扭簧组31的作用下绕着转轴3转动展开，在即将复位时上半翼1的前连接臂下部接触到安装于下半翼2的触发机构中的触片62并带着其偏转，触片62带动同轴转动的齿轮锁扣61解开，齿轮51A在预扭扭簧54的作用下转动，依靠连动机构一直将转动传递到齿轮51D上，齿轮51D带动同轴转动的拨转机构转动，拨转片72与滑块42下部面接触，推动滑块42下部向后偏转运动，导致滑块42向后倾斜，按钮44从卡槽43中被释放而退出，在处于压缩状态的压簧45作用下滑块沿直槽41滑动到顶，从下翼面2滑入上翼面1槽中，其上半部分进入上半翼1，连接上下翼面，按钮44卡到卡槽43上端的档位，锁住复位的上半翼，实现翼面自动展开锁紧。

在这个过程中，扭簧组31是折叠翼迅速展开复位的动力单元，锁紧机构控制展开的定位及锁紧的定时触发。

从展开(锁紧)到折叠：

从展开到折叠是手动的，利用反向复原机理，完成从锁紧到折叠状态的转换。先用手按下按钮(根部直径较大的部分可以按压进滑块内，上面的直径较小可沿卡槽运动的部分不可伸缩)并将滑块向下按，压缩压簧45，直到按钮到达卡槽下部，锁紧滑块42完全压入直槽41的下翼面部分中，松开手让按钮44弹出锁紧滑块，此时滑块从上半翼完全退出，使上下翼面连接断开，通过卡槽结构41固定使滑块42不会向上弹出。上翼面1被折叠。此时压簧45处于压缩储力状态。

参照附图8，当滑块手动操作下滑到直槽底部时，会带动拨转片72复原，同时带动与之同轴转动的齿轮51D，然后51D依靠连动机构传递转动带动齿轮51A及与51A连接的扭簧54，使扭簧54扭转储力，当51A反向转动到底时齿轮锁扣61锁住齿轮。

Claims (10)

1.一种飞行器折叠翼装置，所述装置包括可折叠和展开的上半翼(1)、状态恒定的下半翼(2)、用于固定上半翼(1)并使其绕轴转动以在折叠状态和展开状态之间转换的转动轴(3)、用于锁紧上半翼(1)的展开状态并可逆性复转的锁紧机构(4)、用于控制锁紧机构(4)在锁紧和释放状态之间转换的触发机构(6)和拨转机构(7)，以及用于同步连动触发机构(6)和拨转机构(7)的连动机构(5)，其中上半翼(1)通过转动轴(3)被固定于下半翼(2)上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述上半翼(1)的接触面设置有两个凸起的连接臂(11)，在所述下半翼(2)设置有与所述连接臂(11)相适应的两个凹入的连接槽(21)，在所述折叠翼完全展开时，所述连接臂(11)与连接槽(21)完全对合；转动轴(3)设置于连接臂(11)与连接槽(21)的中间位置，所述转动轴(3)由扭簧组(31)驱动。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述锁紧机构(4)设置在下半翼(2)上分布的两个连接槽(21)中间的位置，其中设置连通上半翼(1)和下半翼(2)的直槽(41)，所述直槽(41)中放置锁紧滑块(42)，锁紧滑块(42)可在直槽(41)内上下滑动并可被固定或释放。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述直槽(41)上设置卡槽(43)，在滑块(42)上设置带有杆状凸起的按钮(44)，所述按钮(44)在卡槽(43)中能够往返滑动，使得滑块(42)可以被固定或释放。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述卡槽(43)为与直槽平行的的哑铃形构造，其上下两端铃形构造为固定档位，下端档位为折叠档位，上端档位为锁紧档位，所述按钮(44)可以在卡槽(43)中滑行并进入和离开固定档位。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，滑块(42)底部设置有压簧装置(45)，压簧装置(45)背部设置有压簧装置(46)，当滑块(42)压入下翼面(2)时，压簧装置(45)处于压缩储力状态，按钮(44)进入折叠档位，通过压簧装置(46)的压力固定使滑块不会弹出。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连动机构(5)包括安装于下半翼(2)上的齿轮(51A)和齿轮(51D)、与齿轮(51A)连动的齿轮(51B)和传动带(52A)、与齿轮(51D)连动的齿轮(51C)和传动带(52B),以及连接齿轮(51B)与齿轮(51C)的连动轴(53)，齿轮(51A)的轴心安装有扭簧(54)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述触发机构(6)安装于下半翼(2)上，包括一可嵌于齿轮(51A)齿间的齿轮锁扣(61)以及由锁扣(61)延伸出的触片(62)。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述拨转机构(7)由齿轮转轴(71)和拨转片(72)构成，齿轮转轴(71)一端固定于齿轮(51D)并与其同轴转动，另一端与拨转片(72)相连，当齿轮(51D)转动带动拨转片转动，滑块(42)下部被向后推动，滑块(42)整体向后转动，按钮(44)从卡槽(43)脱出解锁。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，齿轮转轴(71)通过一短柄(73)与拨转片(72)相连，所述拨转片(72)呈直角状，所述直角内侧表面与滑块(42)前面和下底面贴合。