CN106114820A - 一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，属于无人飞行器结构设计技术领域。所述无人飞行器变翼机构包括上支撑板、下支撑板、转轴、右机翼支架、左机翼支架、弹簧、凸块、限位钩、齿条A和齿条B；所述的转轴上由下到上连接下支撑板、左机翼支架、右机翼支架和上支撑板，左机翼支架和下支撑板之间设置有一个弹簧，弹簧套在转轴上。本发明可以实现飞行器机翼的折叠存放，减少存放空间，并可实现筒装；可以实现飞行器发射阶段机翼迅速展开，能够快速建立升力，有效防止飞行器掉高甚至坠毁情况的发生；飞行器两翼变化始终同步、同轴，在发射后迅速达到两翼同面，尽可能的减少横侧向的干扰偏转力矩，便于控制。

Description

一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构

技术领域

本发明属于无人飞行器结构设计技术领域，具体来说是一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构。

背景技术

某些无人飞行器要求存储和发射的占用空间必须较小，这就要求其机翼在起飞前必须处于完全折叠状态。起飞后，需要两翼快速地展开以提供升力。为了使飞行器能够在飞行过程中实时地改变气动外形，飞行器的变后掠机构要能够实现无级调节和位置保持功能，即后掠角要能够保持在工作范围内的任意角度位置。

纵观飞行器的发展历史，变后掠的变体方式是最常用也是最成功的变体方式，从上世纪30年代开始，就展开了对变后掠飞行器的研究，在上世纪60～70年代，传统的变后掠方式逐渐趋于成熟。从机构原理看，目前主要有以下几种变后掠机构方案：滑块摇杆机构、曲柄摇杆机构、双滑块机构、转动导杆机构。

滑块摇杆机构通过将滑块在导轨上的直线运动转换为两侧连杆的同步摆动,可以有效实现变后掠翼的同步变体要求,巧妙设计压力角,还能起到放大作用。曲柄摇杆机构由曲柄的转动带动两侧机翼的转动，有单曲柄双摇杆形式和双曲柄双摇杆形式，一般情况下，较难实现两侧机翼的精确同步转动，且需要的驱动力矩较大，在小型仿生扑翼无人机上应用较多。双滑块机构利用两个滑块在指定滑轨上的直线运动，带动机翼进行转动，从而实现后掠角的变化。转动导杆机构以导杆上的滑块为主动件，利用滑块的直线运动带动机翼上的导杆转动，实现后掠角的变化，该机构自身不能保证两侧机翼后掠角的同步变化，需要其它辅助手段实现同步，例如控制两侧驱动器同步运动。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计一种更实用的两翼可同步同轴同面变后掠角的结构。本发明在研究变后掠翼结构的基础之上，根据变后掠翼结构设计的“三同”原则，即“同步”、“同轴”、“同面”原则，其中“同步”原则是指左右机翼在后掠角变化过程中保持同步，保证飞行器为面对称结构，使左右两侧受到的气动力相同，从而能够保证横侧向的稳定性；“同轴”原则是指左右机翼变后掠的转轴为同一轴，可以保证左右机翼在完全后掠折叠的情况下，能够实现两侧机翼的上下重叠放置，从而缩小存储空间；“同面”原则是指稳定飞行状态下，保证左右机翼处于相同平面内，没有上下位置差，从而避免飞行器由于不对称侧向气动力引发的滚转和偏航运动。

本发明提供的一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，包括上支撑板、下支撑板、转轴、右机翼支架、左机翼支架、弹簧、凸块、限位钩、齿条A和齿条B。所述的转轴上由下到上连接下支撑板、左机翼支架、右机翼支架和上支撑板，所述的上支撑板和下支撑板与转轴之间过盈配合连接，所述右机翼支架和左机翼支架均套在转轴上，可以绕转轴旋转。转轴上与右机翼支架连接的部分的直径为A，与左机翼支架连接的部分的直径为B，直径A小于直径B，两段转轴之间形成轴肩。所述右机翼支架上表面由上支撑板限定，下表面由轴肩限定。在所述左机翼支架和下支撑板之间设置有一个弹簧，弹簧套在转轴上。

所述左机翼支架和右机翼支架的根部设置有半圆齿轮结构，所述半圆齿轮结构分别与齿条A和齿条B啮合，所述齿条A和齿条B的前端共同固连在一齿条固定架上，齿条固定架由外力驱动带动齿条A和齿条B保持前后同步运动，进而齿条A和齿条B的直线运动传动给左机翼支架和右机翼支架的转动，实现左右机翼的同步展开或折叠。

在所述的左机翼支架的齿轮上设置有凸块，所述的下支撑板上设有倒“L”形限位钩，机翼完全后掠状态时所述限位钩钩住凸块，固定住左机翼支架的垂直位置，当机翼展开状态时所述凸块脱离限位钩的束缚，使左机翼支架可以在垂直方向上下运动。

本发明的优点在于：

(1)实现飞行器机翼的折叠存放，减少存放空间，并可实现筒装。

(2)实现飞行器发射阶段机翼迅速展开，能够快速建立升力，有效防止飞行器掉高甚至坠毁情况的发生。

(3)实现飞行器两翼变化始终同步、同轴，在发射后迅速达到两翼同面，尽可能的减少横侧向的干扰偏转力矩，便于控制。

(4)实现飞行器后掠角在一定范围内的无级变化与保持。

附图说明

图1：本发明中两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构整体结构示意图。

图2：本发明中变翼机构两翼叠放时各部分位置关系示意图。

图3：本发明中变翼机构两翼展开时各部分位置关系示意图。

图中：

1.上支撑板； 2.下支撑板； 3.转轴； 4.右机翼支架； 5.左机翼支架；

6.弹簧； 7.凸块； 8.限位钩； 9.齿条A； 10.齿条B；

11.齿条固定架；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

为了减少变翼无人飞行器存放空间，在无人机发射前实现左右机翼完全后掠且上下叠放是必要的。在折叠状态下，左右机翼应上下错位放置，在展开状态下为了保持左右机翼在同一平面，为了遵循“同步、同轴、同面”原则，则必须要使叠放时的下侧机翼实现升降运动。因而本发明设计特殊的左右机翼上下叠放结构与驱动结构，实现机翼的快速升降运动，以及保证机翼展开时左右机翼同面。

本发明提供一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，为了实现两侧机翼从不同面到同面的运动，设计左侧机翼是可以上下运动的，右侧机翼上下方向是固定不动的。两机翼分别由螺栓固定安装在左机翼支架5和右机翼支架4上，当机翼完全后掠时，左侧机翼随左机翼支架5下移处于最底部，由下支撑板2支撑，这时左侧机翼的上表面与右侧机翼的下表面处于同一平面，使得两侧机翼可以重叠放置而不干涉。当机翼打开到后掠角6.6°后，左侧机翼上升，使得左右机翼处于同一平面内。

如图1所示，所述的无人飞行器变翼机构包括上支撑板1、下支撑板2、转轴3、右机翼支架4、左机翼支架5、弹簧6、凸块7、限位钩8、齿条A9、齿条B10。

定义当无人机机身与地面保持水平放置时由地面指向天空的方向为垂直方向，即此时转轴3的轴向为垂直方向。所述的右机翼支架4和左机翼支架5一端分别通过螺栓与右机翼、左机翼固连，另一端套装在转轴3上，可以绕转轴3转动，定义右机翼支架4和左机翼支架5在垂直方向的尺寸为其厚度。所述右机翼支架4和左机翼支架5靠近转轴3一端均为半圆齿轮结构，半圆中心处均开有贯穿右机翼支架4和左机翼支架5的中心孔，而右机翼支架4和左机翼支架5的厚度均小于机翼最大厚度。所述上支撑板1上有螺栓孔，通过螺栓与无人机机体固连，上支撑板1和下支撑板2的间距大于右机翼支架4与左机翼支架5厚度之和。上支撑板1和下支撑板2均为近似为矩形的薄板结构，其矩形形状的几何中心处均开有贯穿上支撑板1、下支撑板2的中心孔，转轴3穿过上支撑板1和下支撑板2的中心孔，与上支撑板1和下支撑板2通过过盈配合固连。右机翼支架4和左机翼支架5均设有开孔，用于将右机翼支架4和左机翼支架5套装在转轴3上，并且右机翼支架4上，左机翼支架5在下，都可以绕转轴3转动，但其中左机翼支架5可以上下运动，而转轴3上套装右机翼支架4部分的直径为A，套装左机翼支架5部分的直径为B，直径A小于直径B，两段之间形成轴肩。右机翼支架4上方由上支撑板1限位，下方由转轴3轴肩限位，故右机翼支架4上下方向是固定不动的，只能旋转。左机翼支架5与下支撑板2之间有一弹簧6套在转轴3上，如图3。当机翼完全后掠(即左右机翼上下叠放)时，左机翼支架5向下处于最底部，将弹簧6压缩至极限状态，并由此限位，这时左侧机翼的上表面与右侧机翼的下表面处于同一平面，两侧机翼上下叠放而不干涉，如图2所示(为方便观察，隐藏了上支撑板1)，在左右机翼上下叠放状态，左侧机翼上方由右侧机翼限位，弹簧6处于压缩状态。当飞行器起飞或发射后，两侧机翼开始同步展开，当两侧机翼展开6.6°后，左机翼支架5由弹簧6推动上升，最终达到左机翼支架5上端顶住右机翼支架4下端的状态，由于设计中左机翼支架5与左机翼的连接点高出左机翼支架5所在平面一个机翼厚度的距离，所以此时左右机翼达到同一平面，如图3所示。

为了实现左侧机翼快速的上下运动，采用驱动结构简单、可靠、反应速度快的弹簧6直接驱动左机翼支架5向上移动。弹簧6安装在中间转轴3，直接顶住左机翼支架5。因弹簧6始终向上推左机翼支架5，为更好的储存弹簧能量，使用一个限位钩8，来挡住左机翼支架5的齿轮上的凸块7。当机翼旋开始旋转超过6.6°，齿轮上的凸块7脱离限位钩8的束缚，弹簧6快速将左机翼推至与右机翼同面的位置。弹簧6推动左机翼支架5上升的具体过程如下：左机翼支架5齿轮上有一凸块7，下支撑板2上有一限位钩8，如图1所示。当两侧机翼完全后掠时，限位钩8挡住左机翼支架5齿轮上的凸块7，使凸块7不能向上运动，进而左机翼支架5亦不能向上运动。两侧机翼在展开过程中同步转动，两侧机翼从完全后掠状态开始展开，在两侧机翼旋转角度为6.6°之前，左侧机翼不发生上下运动，其下方由下支撑板2限位，上方由限位钩8挡住凸块7的方式限位。当两侧机翼旋转超过6.6°时，左机翼支架5齿轮上的凸块7脱离限位钩8的束缚，弹簧6快速将左机翼支架5向上推至左侧机翼与右侧机翼同面的位置。

所述凸块7与限位钩8的具体结构和布置如下：凸块7为圆柱体，其底面垂直于水平面，其中一底面伸出一螺栓，固连在左机翼支架5的侧面，凸块7底面直径为左机翼支架5厚度的三分之二。限位钩8为倒L形，其中“L”的顶端与下支撑板2固定连接，这样，“L”的横向部分就形成了一个挡钩。限位钩8与凸块7的相对位置关系为：在两翼完全后掠时凸块7恰好卡入限位钩8的“L”形中，其中“L”的纵向部分长度与凸块7底面直径相同，此时凸块7被限位钩8卡住，不能向上移动。而当两翼由完全后掠开始旋转6.6°后，凸块7随着左机翼支架5旋转到限位钩8的“L”形包络之外，此时凸块7即脱离限位钩8的束缚，可以向上移动。

右机翼支架4和左机翼支架5的半圆齿轮分别与齿条A9、齿条B10啮合。齿条A9和齿条B10相互平行并在前端共同固连在一齿条固定架11上，齿条固定架11由外力驱动(可由电机或其他外部装置驱动)带动齿条A9和齿条B10保持前后同步运动。通过此结构，可以实现两翼后掠角在0～90°范围内的无级变化，且两侧机翼转动严格同步。

由于左侧机翼需要实现升降运动，因此需要其驱动齿条B10具有较大的宽度，从而使得左机翼支架5在上下位置都能够与齿条B10保持啮合。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，其特征在于：左侧机翼是上下运动的，右侧机翼上下方向是固定不动的；两机翼分别由螺栓固定安装在左机翼支架和右机翼支架上，当机翼完全后掠时，左侧机翼随左机翼支架下移处于最底部，由下支撑板支撑，这时左侧机翼的上表面与右侧机翼的下表面处于同一平面，使得两侧机翼重叠放置而不干涉；当机翼打开到后掠角6.6°后，左侧机翼上升，使得左右机翼处于同一平面内；所述的无人飞行器变翼机构包括上支撑板、下支撑板、转轴、右机翼支架、左机翼支架、弹簧、凸块、限位钩、齿条A和齿条B；所述的转轴上由下到上连接下支撑板、左机翼支架、右机翼支架和上支撑板，所述的上支撑板和下支撑板与转轴之间过盈配合连接，所述右机翼支架和左机翼支架均套在转轴上，可以绕转轴旋转；转轴上与右机翼支架连接的部分的直径为A，与左机翼支架连接的部分的直径为B，直径A小于直径B，两段转轴之间形成轴肩；所述右机翼支架上表面由上支撑板限定，下表面由轴肩限定，右机翼支架只能转动不能移动；在所述左机翼支架和下支撑板之间设置有一个弹簧，弹簧套在转轴上；

所述左机翼支架和右机翼支架的根部设置有半圆齿轮结构，所述半圆齿轮结构分别与齿条A和齿条B啮合，所述齿条A和齿条B的前端共同固连在一齿条固定架上，齿条固定架由外力驱动带动齿条A和齿条B保持前后同步运动，进而齿条A和齿条B的直线运动传动给左机翼支架和右机翼支架的转动，实现左右机翼的同步展开或折叠；

在所述的左机翼支架的齿轮上设置有凸块，所述的下支撑板上设有倒“L”形限位钩，机翼完全后掠状态时所述限位钩钩住凸块，固定住左机翼支架的垂直位置，当机翼展开状态时所述凸块脱离限位钩的束缚，使左机翼支架在垂直方向上下运动。

2.根据权利要求1所述的一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，其特征在于：右机翼支架和左机翼支架的厚度均小于机翼最大厚度。

3.根据权利要求1所述的一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，其特征在于：上支撑板和下支撑板的间距大于右机翼支架与左机翼支架厚度之和。

4.根据权利要求1所述的一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，其特征在于：左机翼支架与左机翼的连接点高出左机翼支架所在平面一个机翼厚度的距离。

5.根据权利要求1所述的一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，其特征在于：所述凸块与限位钩的具体结构和布置如下：凸块为圆柱体，其底面垂直于水平面，其中一底面伸出一螺栓，固连在左机翼支架的侧面，凸块底面直径为左机翼支架厚度的三分之二；限位钩为倒L形，其中“L”的顶端与下支撑板固定连接，这样，“L”的横向部分就形成了一个挡钩；在两翼完全后掠时凸块恰好卡入限位钩的“L”形中，其中“L”的纵向部分长度与凸块底面直径相同，此时凸块被限位钩卡住，不能向上移动；而当两翼由完全后掠开始旋转6.6°后，凸块随着左机翼支架旋转到限位钩的“L”形包络之外，此时凸块即脱离限位钩的束缚，可以向上移动。

6.根据权利要求1所述的一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构，其特征在于：齿条B的宽度，使得左机翼支架在上下位置都能够与齿条B保持啮合。