CN106809374B - 弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统及使用方法，包括两套机翼伸展单元和同步齿轮机构；左、右机翼的机翼伸展单元通过折叠机翼过程中压缩弹簧产生的弹性恢复力使其绕主齿轮轴线旋转，旋转角度0～90度，以完成机翼的折叠展开功能；左、右盖板通过带有耳片的挡块与机身固连；同步齿轮机构的设计保证了左、右机翼的同步展开。为了减轻结构重量，提高飞行效率，在保证结构强度的条件下，各个单元均做了减重处理。本发明能够可靠地实现折叠翼无人飞行器左、右机翼的准确定位和可靠展开，提高了无人飞行器弹射的成功率，进而大幅度提高了全机的可靠性，且具有设计合理、实施容易、成本低，折叠方式简单、快速，折叠后外形规则、美观，便于载运等特点。

Description

弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统及使用方法

技术领域

本发明属于弹射起飞的折叠翼无人飞行器设计技术，具体涉及一种弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统及使用方法。

背景技术

弹射折叠翼飞行机器人与传统导弹和大型无人飞行器相比有诸多优势。与传统导弹相比，其体积小，操控性强，适合反恐，城市战争。与侦察型无人飞行器相比，它具有小型化，单兵可携带，快速进入作战区，战术灵活等优势。与攻击型无人飞行器相比，它能够精确投放炸弹，减少无辜伤亡，降低战争负面影响，具有便携性好，成本低，隐蔽性强等特点。值得注意的是，这类无人飞行器的关键技术之一就是在弹射过程中折叠翼的同步展开技术。一方面折叠翼同步展开系统连接机翼与机身，集中承受飞行时机翼所受的载荷；另一方面，还要实现机翼折叠状态时的收纳，弹射时的快速展开以及展开的位置锁定等功能。

折叠翼的驱动力方式。1弹簧力式。弹簧力式展开折叠翼以弹簧等弹力为动力展开机翼。其特点是结构简单，无需动力装置。2燃气作动式。燃气作动式弹翼展开机构以其展开迅速、动力大、展开到位可靠度高。但所需装置复杂，难于操作实施，安全性低。3电机驱动式。其特点是易于控制，展开精度较高，改装后可主动折叠机翼，其缺点是速度较慢，需要额外的功率输入。

同步传动机构。现有机械中高可靠性的同步传动机构的结构大多比较复杂，且成本较高，但是结构简单，成本低的机构又往往存在同步不可靠等技术问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统及使用方法，解决当前形势下的战场需求和现有技术存在的上述矛盾和缺陷，提供一种结构简单、低成本和高可靠性，适用于弹射无人飞行器的折叠翼同步展开系统。

技术方案

一种弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统，其特征在于包括两套机翼伸展单元和同步齿轮机构；所述机翼伸展单元包括盖板、压缩弹簧和机翼连接单元；压缩弹簧位于盖板与机翼连接单元之间的非连通环形槽内，压缩弹簧的一端固定在非连通环形槽的端口壁上，另一端固定在盖板下端的滑块上，盖板和机翼连接单元的中心设有通孔；两套机翼伸展单元以盖板为外，机翼连接单元为内布局设置，D齿轮13和C齿轮12同轴穿过两套机翼伸展单元中心的通孔，分别于两个机翼连接单元固连；所述同步齿轮机构的D齿轮13与A齿轮1的上齿轮外啮合，C齿轮12与B齿轮4外啮合，A齿轮1的下齿轮与B齿轮4外啮合；所述C齿轮12与D齿轮13的传动比为-1。

所述同步齿轮机构的齿数配合为：A齿轮1的上齿轮为18，A齿轮1的下齿轮为12，B齿轮4为40，C齿轮12为40，D齿轮13为60。

所述盖板和机翼连接单元上设有多个减重孔。

所述盖板的耳片上设有限制机翼连接单元展开角度不超过90度的挡块3。

所述左、右机翼的连接单元和带有耳片的挡块均采用聚丙烯塑料。

所述盖板采用碳纤维板制成。

所述四个齿轮采用铝合金。

一种所述任一项弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统的使用方法，其特征在于：将机翼伸展单元的机翼连接单元分别与左、右机翼连接，竖直方向固定机翼连接上、下盖板；当左、右机翼闭合时，机翼连接单元带动压缩弹簧进行压缩；当左右机翼展开时，压缩弹簧释放，通过上、下盖板的滑块将弹性恢复力传给盖板进而传到机身，根据力的相互作用规律，机翼在弹性恢复力的驱动下完成展开动作。

有益效果

本发明提出的一种弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统及使用方法，包括两套机翼伸展单元和同步齿轮机构；左、右机翼的机翼伸展单元通过折叠机翼过程中压缩弹簧产生的弹性恢复力使其绕主齿轮轴线旋转，旋转角度0～90度，以完成机翼的折叠展开功能；左、右盖板通过带有耳片的挡块与机身固连；同步齿轮机构的设计保证了左、右机翼的同步展开。为了减轻结构重量，提高飞行效率，在保证结构强度的条件下，各个单元均做了减重处理。本发明能够可靠地实现折叠翼无人飞行器左、右机翼的准确定位和可靠展开，提高了无人飞行器弹射的成功率，进而大幅度提高了全机的可靠性，且具有设计合理、实施容易、成本低，折叠方式简单、快速，折叠后外形规则、美观，便于载运等特点。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：①经试飞实验验证，本发明有效提高了弹射起飞的折叠翼无人飞行器的发射成功率，增加全系统的可靠性；②结构简单，重量轻，易于维护；③设计合理，实施容易，成本低；④折叠方式简单、快速，折叠后整机外形规则、美观，便于载运和单兵携带。

附图说明

图1至图3是本发明的整体结构示意图；

图4是机翼连接单元的结构示意图；

图5和图6是竖直方向固定机翼连接单元的盖板的结构示意图；

图7是机翼连接单元限位挡块示意图；

图8是齿轮轴系的传动示意图；

图9是齿轮D的结构示意图；

图10是齿轮轴固定塞；

图11和图12是折叠前系统的结构示意图；

1-齿轮A，2-上盖板，3-机翼连接单元限位挡块，4-齿轮B，5-机身连接耳片，6-压缩弹簧A，7-右机翼连接单元，8-舵机线走位孔，9-下盖板，10-减重槽，11-左机翼连接单元，12-齿轮C，13-齿轮D，14-滑块A，15-齿轮轴固定塞，16-滑块B，17-弹簧B，18-减重孔，19-圆柱销通孔A，20-圆柱销通孔B，21-圆柱销通孔C，22-舵机线走位孔。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例的弹射无人飞行器折叠翼的同步展开系统，包括①左、右机翼的连接单元，分别与左、右机翼固连，带动机翼收起和展开，为了防止左、右机翼收起和展开过程中互相干涉，单元间加有垫片；②竖直方向固定机翼连接单元的左、右盖板，一方面保证机翼连接单元的支持刚度，在竖直方向上不发生大的位移和变形，另一方面，机身轴向申出的两对耳片可与机身固连，为机翼上的气动载荷传递到机身提供传力路径；③带有耳片的挡块，可以通过耳片与左、右盖板一起固连到机身，作用是限制机翼连接单元展开角度不超过90度，准确定位；④压缩弹簧，之所以采用压缩弹簧而不采用扭簧，是因为在相同的材料、几何外形下，压簧的刚度系数更大，弹性恢复力更大。弹簧放置在机翼连接单元的槽道内，在发生形变时，通过与左、右盖板固连的滑块将弹性恢复力传给盖板进而传到机身，根据力的相互作用规律，机翼在弹性恢复力的驱动下完成展开动作；⑤同步展开齿轮系作动机构，由于折叠系统受到空间和结构重量的限制，本发明采用齿轮系来实现机翼的同步反向作动。

左、右机翼的连接单元和带有耳片的挡块均采用聚丙烯塑料制成，该材料的密度较小，且强度适中，目的是在保证结构强度的同时降低结构重量。固定机翼连接单元的上下盖板采用碳纤维板制成，该材料比强度大，比刚度大，可以保证翼根的连接强度和支持刚度。此外，同步展开齿轮系作动机构采用铝合金制成。以上各单元的加工成型全部采用机加工工艺。

为了减轻结构重量，提高飞行效率，各单元均作了减重处理。在保证结构强度和外形美观的同时，开有减重孔、减重槽等等。

具体实施例：

如图1至图3所示，一种弹射无人飞行器折叠翼的同步展开系统，包括左、右机翼的连接单元(如图4所示)、在竖直方向上固定机翼连接单元的上、下盖板(如图5和图6所示)、同步展开齿轮系作动机构(如图8所示)以及齿轮轴固定塞(如图10所示)。

图3所示的左、右机翼连接单元主体由聚丙烯材料制成，其中放置压缩弹簧的槽道的尺寸由弹簧的尺寸来确定，而弹簧的尺寸则是根据机翼展开所需的弹性恢复力来确定。齿轮轴通孔的半径为8mm，周向每隔90度布有半径为1mm的圆柱销通孔，如图4和图9中19至21所示。上、下盖板2和9的设计是防止弹簧6和17在形变过程中脱离槽道，影响机翼正常展开。减重槽10和减重孔18的设计是为了降低结构重量，提高飞行效率，其形状大多是为了适应周围边界形状，部分减重孔也为走线、布线考虑。由于折叠机翼上安装有副翼舵机，舵机线走位孔8是舵机线的定位孔。圆形垫片内径10mm，外径30mm，放置在左、右机翼连接单元之间，减小运动过程中的摩擦。图5和图6所示的竖直方向固定机翼连接单元的上、下盖板由碳纤维板制成。其中滑块14和16采用碳纤维板制成，分别与上、下盖板固连，尺寸参考槽道的截面尺寸，目的是使之能在槽道内灵活运动。机身连接耳片5和机翼连接单元限位挡块3通过φ2.5(直径为2.5mm)的螺钉与机身相连，其主要作用是定位，即限制机翼连接单元转动不超过90度，保证机翼展开后是平直翼。

图8和图9所示的同步展开齿轮系作动机构由铝合金制成。D齿轮13和C齿轮12同轴穿过两套机翼伸展单元中心的通孔，分别于两个机翼连接单元固连；D齿轮13与A齿轮1的上齿轮外啮合，C齿轮12与B齿轮4外啮合，A齿轮1的下齿轮与B齿轮4外啮合；所述C齿轮12与D齿轮13的传动比为-1。其中12齿轮C和13齿轮D共轴穿过左、右机翼连接单元和上、下盖板的中轴线定位孔，同时通过φ2的圆柱销分别与左、右机翼的连接单元11和7固连，且同步反向转动。所述同步齿轮机构的齿数配合为：A齿轮1的上齿轮为18，A齿轮1的下齿轮为12，B齿轮4为40，C齿轮12为40，D齿轮13为60。舵机线走位孔22也是为了便于走线而设计的。图10所示的齿轮轴固定塞由聚丙烯塑料制成，与机翼连接单元通过型面定位，同时通过圆柱销与齿轮D固连，限制了齿轮D的轴向位移。

整个系统的工作过程可分为两个部分：折叠过程和展开过程。工作原理分别如下所述：

①折叠过程：机翼在外力驱动下折叠，压缩弹簧将外力做功储存为弹性势能，然后将整个系统放入发射筒，使机翼因型面得到约束。

②展开过程：弹射出筒后，弹簧6和17因机翼约束得到释放而产生弹性恢复力，通过滑块14和16传给盖板进而传给机身，与此同时，机翼完成展开动作，展开的同步性是通过同步展开齿轮系实现的。如图4和图6所示，弹簧的一端抵在右机翼连接单元的槽道内，另一端与盖板上的滑块接触，约束释放时，弹簧伸长，由于盖板与机身固连，所以右机翼的连接单元与机身有相对转动，由于右机翼连接单元与齿轮D固连，故齿轮D随之转动。如图8所示，齿轮D与齿轮A外啮合，转向相反；齿轮A与齿轮B外啮合，转向相反，那么齿轮D与齿轮B转向相同；齿轮B与齿轮C外啮合，转向相反，那么齿轮D与C转向相反，而齿轮C与左机翼连接单元固连，那么左、右机翼转动方向相反。而传动的同步性则通过合理地选取齿轮的齿数使传动比为1来实现。综上所述，整个系统的左、右机翼实现了同步反向展开，展开后如图11和图12所示。

Claims (6)

1.一种弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统，其特征在于包括两套机翼伸展单元和同步齿轮机构；所述机翼伸展单元包括盖板、压缩弹簧和机翼连接单元；压缩弹簧位于盖板与机翼连接单元之间的非连通环形槽内，压缩弹簧的一端固定在非连通环形槽的端口壁上，另一端固定在盖板下端的滑块上，盖板和机翼连接单元的中心设有通孔；两套机翼伸展单元以盖板为外，机翼连接单元为内布局设置，D齿轮（13）和C齿轮（12）同轴穿过两套机翼伸展单元中心的通孔，分别于两个机翼连接单元固连；所述同步齿轮机构的D齿轮（13）与A齿轮（1）的上齿轮外啮合，C齿轮（12）与B齿轮（4）外啮合，A齿轮（1）的下齿轮与B齿轮（4）外啮合；所述C齿轮（12）与D齿轮（13）的传动比为-1；

所述同步齿轮机构的齿数配合为：A齿轮（1）的上齿轮为18，A齿轮（1）的下齿轮为12，B齿轮（4）为40，C齿轮（12）为40，D齿轮（13）为60；

所述盖板和机翼连接单元上设有多个减重孔。

2.根据权利要求1所述弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统，其特征在于：所述盖板的耳片上设有限制机翼连接单元展开角度不超过90度的挡块（3）。

3.根据权利要求1所述弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统，其特征在于：所述左、右机翼的连接单元和带有耳片的挡块均采用聚丙烯塑料。

4.根据权利要求1所述弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统，其特征在于：所述盖板采用碳纤维板制成。

5.根据权利要求1所述弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统，其特征在于：所述四个齿轮采用铝合金。

6.一种权利要求1~5所述任一项弹射无人飞行器折叠翼的机翼同步展开系统的使用方法，其特征在于：将机翼伸展单元的机翼连接单元分别与左、右机翼连接，竖直方向固定机翼连接上、下盖板；当左、右机翼闭合时，机翼连接单元带动压缩弹簧进行压缩；当左右机翼展开时，压缩弹簧释放，通过上、下盖板的滑块将弹性恢复力传给盖板进而传到机身，根据力的相互作用规律，机翼在弹性恢复力的驱动下完成展开动作。

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