CN105539787B - 一种新型水下滑翔机翼型调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型水下滑翔机翼型调整装置，包括滑翔机主体和机翼，机翼由第一机翼、第二机翼和第三机翼构成，第一机翼可转动的与滑翔机主体连接，第一机翼连接有双摇杆机构和曲柄滑块机构，曲柄滑块机构的上表面连接有第二机翼，第二机翼的上表面通过行程倍增机构活动连接有第三机翼；第一机翼的下表面设有两个驱动电机，第一机翼的上部设有由驱动电机驱动的平面并联机构，平面并联机构上设置有输出杆，所述输出杆上分别设置有用于驱动双摇杆机构、曲柄滑块机构和行程倍增机构的输出滑块。本发明装置具有三种变体能力，即改变机翼展弦比，后掠角和翻转角，且三种变体运动之间无耦合影响，本发明装置控制简单、结构紧凑、重量轻、可控性强。

Description

一种新型水下滑翔机翼型调整装置

技术领域

本发明涉及海洋勘探领域，更具体的说，是涉及一种水下滑翔机的翼型调整装置，为滑翔机在水下的运行提供所需的机动性和操纵性。

背景技术

近年来，在海洋资源开发，海洋国防，海事搜救，海洋环境探测等方面需求的拉动下，水下滑翔机技术得到了快速发展。混合驱动水下滑翔机作为传感器搭载平台，在海洋监测领域发挥重要的作用。监测任务的多样化，对水下滑翔机的航行性能提出了较高要求。航行经济性、稳定性和机动性作为水下滑翔机重要的航行性能，在不同任务工况下，性能的重要程度会发生变化。例如在长时序定常滑翔过程中，航行经济性和稳定性是关键性能；当滑翔机遇到障碍物，需要做转弯运动时，机动性成为了短时间内关键性能。当前水下滑翔机，采用的多是固定机翼，在一个航行阶段，上述三种性能不能兼得，自适应能力较弱。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种水下滑翔机的翼型调整装置，该装置具有三种变体能力，即改变机翼展弦比，后掠角和翻转角，且三种变体运动之间无耦合影响；本发明装置具有控制简单、结构紧凑、重量轻、可控性强等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型水下滑翔机翼型调整装置，包括滑翔机主体和机翼，所述机翼由第一机翼、第二机翼和第三机翼构成，所述第一机翼可转动的与滑翔机主体相互连接，所述第一机翼连接有双摇杆机构，所述双摇杆机构包括分别设置在第一机翼两端的连架杆和设置在滑翔机主体上的连接杆，所述连架杆上通过弹簧活动连接有滑块，所述滑块通过连杆与所述连接杆相互铰接；所述第一机翼的上部设置有曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构的上表面固定连接有第二机翼，第二机翼的上表面通过行程倍增机构活动连接有第三机翼，第二机翼的两侧设置有用于第三机翼作平移运动的轨道；所述第一机翼的下表面相对称的设置有驱动电机，所述第一机翼的上部还设置有由所述驱动电机驱动的平面并联机构，所述平面并联机构上设置有输出杆，所述输出杆上分别设置有用于驱动所述双摇杆机构、所述曲柄滑块机构和所述行程倍增机构的第一输出滑块、第二输出滑块和第三输出滑块。

所述平面并联机构由平面五连杆机构和双平行四边形机构相结合构成。

所述曲柄滑块机构由曲柄、弹簧和连接有滑块的轨道构成，所述曲柄与第二机翼固定连接，所述轨道的一端与第一机翼固定连接，轨道的另一端用于与第二输出滑块相接触。

所述行程倍增机构由大齿轮、小齿轮、第一齿条和第二齿条组成，所述第二机翼的下表面设置有轴座，所述轴座上通过轴连接有所述大齿轮和小齿轮，与所述大齿轮相对应的第二机翼上开设有通孔槽，与所述通孔槽相对应的第三机翼的下表面设置有与所述大齿轮相啮合的第一齿条，所述第二机翼的下表面还设置有与所述小齿轮相啮合的第二齿条，所述第二齿条用于与第三输出滑块相接触。

所述连架杆为L形。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明装置中采用了由两个驱动电机驱动的平面并联结构，通过改变两个电机的转速即可实现改变机翼展弦比，后掠角和翻转角三种变体方式，使系统的控制器的开发难度降低；其中平面并联机构由平面五连杆机构和双平行四边形机构相结合构成，提高了整体的刚度，响应速度和运动精度。

2.本发明装置中平面并联机构设置有输出杆，输出杆只能做平面2自由度的移动，且输出杆上分别设置有作用于双摇杆机构、曲柄滑块机构和行程倍增机构的第一输出滑块、第二输出滑和第三输出滑块，通过该设置可实现改变机翼展弦比，后掠角和翻转角三种变体运动方式，且三种变体运动之间无耦合影响。

3.本发明装置中的双摇杆机构和曲柄滑块机构中均设置有弹簧，通过弹簧的自动回弹性能，使得本发明装置在改变运动方式后恢复原位的操作变得简单可靠，减少了装置整体的复杂程度。

4.本发明装置中第二机翼和第三机翼之间采用行程倍增机构，使得改变展弦比的效率大大提高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的仰视结构示意图。

图3是本发明的运动副关系示意图。

图4是本发明的部分俯视结构示意图。

图5是平面并联机构的结构示意图。

图6是双摇杆机构的结构示意图。

图7是曲柄滑块机构的结构示意图。

图8是行程倍增机构的结构示意图。

附图标记：1-滑翔机主体 2-第一机翼 3-第二机翼 4-第三机翼 5-驱动电机6-平面并联机构 7-双摇杆机构 8-曲柄滑块机构 9-行程倍增机构 30-轨道 60-输出杆 601-第一输出滑块 602-第二输出滑块 603-第三输出滑块 61-第一连杆62-第二连杆 63-第三连杆 64-第四连杆 65-第五连杆 66-第六连杆 67-第七连杆70-连架杆 71-滑块 72-弹簧73-连杆 74-连接杆 80-曲柄 81-滑块 82-弹簧 83-轨道 90-轴座 91-轴 92-大齿轮 93-小齿轮 94-第一齿条 95-第二齿条

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1和图2所示，一种新型水下滑翔机翼型调整装置，包括滑翔机主体1和机翼，机翼由第一机翼2、第二机翼3和第三机翼4构成，第一机翼2可转动的与滑翔机主体1相互连接，即第一机翼2与滑翔机主体1组成转动副；第二机翼3与曲柄滑块机构8固定连接，因此第一机翼2和第二机翼3组成转动副；第二机翼3与第三机翼4通过行程倍增机构9连接固定，第二机翼3的两侧有轨道30，第三机翼4可沿轨道30作平移运动，因此第二机翼3与第三机翼4之间形成有移动副。如图3所示，第一机翼2与第二机翼3的运动均会传递到第三机翼4上，因此第三机翼4相对于滑翔机主体1具有三个自由度。

如图2和图4所示，第一机翼2的下表面相对称的设置有驱动电机5，第一机翼2的上部设置有由驱动电机5驱动的平面并联机构6，平面并联机构6上设置有输出杆60，输出杆60上分别设置有用于驱动双摇杆机构7、曲柄滑块机构8和行程倍增机构9的第一输出滑块601、第二输出滑块602和第三输出滑块603。

如图4和图5所示，平面并联机构6由平面五连杆机构和双平行四边形机构相结合构成：本实施例中在第一机翼2上通过连接孔铰接有第七连杆67，因此作为固定杆的第一机翼2、依次相互铰接的第一连杆61、第二连杆62、第五连杆65和第七连杆67共同构成了平面五连杆机构，平面五连杆机构能实现2自由度直线运动，但是其中的任何一个作为输出杆在平动过程中，均发生转动，不能满足输出杆做平面2自由度移动要求，因此，需要与其他机构相结合。平行四边形机构的连杆在运动过程中，由于杆长相等的约束，只进行平移运动。但是单个平行四边形机构的连杆不能实现直线运动。于是将两个平行四边形机构串联起来，组成双平行四边形机构，由于双平行四边形机构不能满足机构具有确定运动的条件。因此，需要将平面五杆机构与双平行四边形机构结合起来，本实施例中在第二连杆62和第五连杆65的连接点、第五连杆65和第七连杆67的连接点分别铰接有输出杆60和第六连杆66，输出杆60和第六连杆66之间通过第三连杆63相互铰接，第三连杆63和第六连杆66的连接点铰接有第四连杆64，因此第五连杆65、第七连杆67、输出杆60、第三连杆63和第四连杆64共同形成有双平行四边形机构，将平面五连杆机构和双平行四边形机构相结合共同构成平面并联机构6，如图5所示。由于引入了双平行四边形机构作为约束，输出杆60在平面移动的过程中，不会发生转动，保证了输出杆60上的第一输出滑块601、第二输出滑块602和第三输出滑块603与双摇杆机构7、曲柄滑块机构8和行程倍增机构9在接触时，轨迹同步，有效贴合。

如图6所示，第一机翼2连接有双摇杆机构7，双摇杆机构7包括分别设置在第一机翼2两端的连架杆70和设置在滑翔机主体1上的连接杆74，连架杆73上通过弹簧72活动连接有滑块71，滑块71通过连杆73与连接杆74相互铰接，本实施例中连架杆70为L形，第一机翼2与双摇杆机构7相互连接成为一体结构，因此第一机翼2作为双摇杆机构7的一个摇杆，具体操作时通过改变两个驱动电机5的转速，可以实现第一输出滑块601的左右平移运动，当第一输出滑块601平移运动时，通过挤压双摇杆机构7的滑块71在连架杆70的轨道上滑动，连杆73随着摆动，从而使得双摇杆机构7的摇杆发生转动，即第一机翼2绕着机身方向转动，达到改变翻转角的目的。到达指定位置后，断电保持。当收到回程指令时，向相反方向运动，依靠安装的弹簧72，促使滑块71回程运动。

如图7所示，第一机翼2的上部设置有曲柄滑块机构8，曲柄滑块机构8由曲柄80、滑块81、弹簧82和轨道83构成，曲柄80与第二机翼3固定连接，滑块81所在的轨道83与第一机翼2固定连接，运动过程为：初始状态，输出杆60与双摇杆机构7、曲柄滑块机构8和行程倍增机构9均处于分离状态，当输出杆60沿着相应方向运动特定距离后，输出杆60上的第二输出滑块602与曲柄滑块机构8上的滑块81接触，成为一体，带动曲柄滑块机构8上的滑块81做直线运动，从而使得曲柄滑块机构8的曲柄80发生转动，带动第二机翼3转动，达到改变后掠角的目的。通过驱动电机5的驱动到达指定位置后，断电保持，当收到回程指令时，向相反方向运动，依靠曲柄滑块机构8上的弹簧82，促使滑块81进行回程运动。

如图8所示，第二机翼3的上表面通过行程倍增机构9活动连接有第三机翼4，第二机翼3的两侧设置有用于第三机翼4作平移运动的轨道30；行程倍增机构9由大齿轮92、小齿轮93、第一齿条94和第二齿条95组成，第二机翼3的下表面设置有轴座90，轴座90上通过轴91连接有大齿轮92和小齿轮93，因此大齿轮92、小齿轮93和轴91共同构成双联齿轮，与大齿轮92相对应的第二机翼3上开设有通孔槽，与通孔槽相对应的第三机翼4的下表面设置有与大齿轮92相啮合的第一齿条94，第二机翼3的下表面还设置有与小齿轮93相啮合的第二齿条95，第二齿条95与第三输出滑块603相接触；当两个驱动电机5速度相同，转向不同运动时，第三输出滑块603将做直线运动。根据机构运行机理，第三输出滑块603驱动第二齿条95带动小齿轮93转动，从而将运动传递到第三机翼4的第一齿条94上，从而驱动第三机翼4沿着第二机翼3做直线运动，达到改变展弦比的目的。由于大、小齿轮的存在，第三机翼4上第二齿条95的位移多于第三输出滑块603的位移，从而实现行程倍增；当到达指定位置后，电机断电保持，当收到回程指令时，向相反方向运动，通过固定在第一机翼2和第三机翼4上的弹簧，促使各机翼回到初始状态。

Claims (1)

1.一种新型水下滑翔机翼型调整装置，包括滑翔机主体和机翼，其特征在于，所述机翼由第一机翼、第二机翼和第三机翼构成，所述第一机翼可转动的与滑翔机主体相互连接，所述第一机翼连接有双摇杆机构，所述双摇杆机构包括分别设置在第一机翼两端的连架杆和设置在滑翔机主体上的连接杆，所述连架杆上通过弹簧活动连接有滑块，所述滑块通过连杆与所述连接杆相互铰接；

所述第一机翼的上部设置有曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构的上表面固定连接有第二机翼，第二机翼的上表面通过行程倍增机构活动连接有第三机翼，第二机翼的两侧设置有用于第三机翼作平移运动的轨道；

所述第一机翼的下表面相对称的设置有驱动电机，所述第一机翼的上部还设置有由所述驱动电机驱动的平面并联机构，所述平面并联机构上设置有输出杆，所述输出杆上分别设置有用于驱动所述双摇杆机构、所述曲柄滑块机构和所述行程倍增机构的第一输出滑块、第二输出滑块和第三输出滑块，所述平面并联机构由平面五连杆机构和双平行四边形机构相结合构成，所述曲柄滑块机构由曲柄、弹簧和连接有滑块的轨道构成，所述曲柄与第二机翼固定连接，所述轨道的一端与第一机翼固定连接，轨道的另一端用于与第二输出滑块相接触，所述行程倍增机构由大齿轮、小齿轮、第一齿条和第二齿条组成，所述第二机翼的下表面设置有轴座，所述轴座上通过轴连接有所述大齿轮和小齿轮，与所述大齿轮相对应的第二机翼上开设有通孔槽，与所述通孔槽相对应的第三机翼的下表面设置有与所述大齿轮相啮合的第一齿条，所述第二机翼的下表面还设置有与所述小齿轮相啮合的第二齿条，所述第二齿条用于与第三输出滑块相接触，所述连架杆为L形。