CN107685848B - 一种无人机机翼折叠装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机机翼折叠装置，包括电机、从动齿轮、主动齿轮、上翼转轴、下翼转轴、固定夹板、机翼、电机固定插销。该装置采用齿轮传动机构，由电机带动齿轮转动，通过传动机构使机翼发生转动，实现机翼展开与折叠，并满足展开时间、展开角度和展开运动规律等要求。该折叠装置，结构简单、紧凑，能量转化效率高。在执行无人机集群远程投放任务时，不仅能够大大节约存储空间，能在母机有限的运载空间里装载更多无人机，而且通过合理的控制，使得无人机高密度抛撒可靠性提高；同时，该装置使得无人机展开以后能够进行变后掠角飞行，增强了其各个飞行速度下的稳定性与灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器领域，特指一种无人机机翼折叠装置。
背景技术
无人机在现代战争中的作用越来越重要。但中小型无人机载重能力有限，速度和航程受到限制，往往无法执行远距离任务。为了有效发挥小型无人机的特点，可利用导弹或者大型运输机等远程投放小型折叠翼无人机，一方面弥补小型无人机航程航时不足的劣势，另一方面利用导弹或者运输机的突防能力将无人机集群有效运输到敌方区域，大大减小被发现击落概率。
机翼折叠装置是折叠翼无人机的关键技术之一，其结构与可靠性决定了无人机任务执行的成败。同时，随着高亚音速无人机的提出，变后掠角折叠翼对折叠装置提出了更高的要求——结构简洁且可智能控制。如申请号为201410303976.6的发明专利公开的折叠翼无人机，携带和弹射时呈收缩状态且在飞行时机翼呈展开状，提供了一种结构简单紧凑、操作简便的折叠机构，但采用的动力来源于扭簧弹力，飞行期间不可控制。如申请号为201610137072.X的发明专利公开了一种可实现随着飞行速度的不同自动变换机翼后掠角的无人机，动力来源为弹簧驱动滑槽导柱进行折叠展开，结构稳定性不高，且无法满足展开时间、展开角度和展开运动规律等要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提出了一种新的无人机机翼折叠装置。与传统折叠装置相比，该折叠装置采用电机驱动，可实现智能调节，结构简单、紧凑，可靠度高。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
无人机机翼折叠装置，其包括两侧机翼和错位凹槽机构，所述的错位凹槽机构包含上旋体和下旋体，上旋体和下旋体之间通过向上倾斜的螺旋槽面相接触，两者在相对旋转过程中上旋体能够相对下旋体向上抬升；两侧的机翼各自通过固定夹板分别固接于上旋体、下旋体上，下翼转轴为空心柱体结构，下旋体通过下翼转轴与第二从动齿轮固接，上翼转轴同轴嵌套并贯穿下翼转轴和第二从动齿轮，且两条轴之间能够相对转动；上旋体通过上翼转轴与第一从动齿轮中心固接；第一从动齿轮、第二从动齿轮分别与第一主动齿轮、第二主动齿轮啮合传动，第一主动齿轮和第二主动齿轮各自由一个电机驱动旋转。
作为优选，所述的固定夹板与机翼间通过至少两对固定插销相连。
作为优选，装置中配合传动的齿轮厚度必须大于两侧机翼开合过程中的最大高度差，以保证齿轮间的稳定啮合。
作为优选，所述的电机通过电机固定插销固定于无人机机体上。
作为优选，上翼转轴和下翼转轴之间具有环形缝隙，且环形缝隙中填充有润滑油。
作为优选，两侧机翼在展开状态时，上旋体和下旋体在纵向上的距离最小，两侧机翼处于同一平面上；两侧机翼在收缩过程中，上旋体和下旋体在纵向上的距离变大；两侧机翼旋至完全收缩状态时，上旋体和下旋体距离需满足使两侧机翼上下层叠不会互相干涉。
作为优选，主动齿轮与从动齿轮的半径比为1:4，大大减小了电机的输出功率。
作为优选，上翼转轴横截面为六边形，以利于与齿轮的传力。
作为优选，从动齿轮采用镂空结构，可大大减轻机构重量。本领域工程技术人员可根据实际工艺，进一步减轻齿轮重量。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提出的一种新的无人机机翼折叠装置，与传统折叠装置相比，该折叠装置采用电机驱动，可实现智能调节，结构简单、紧凑；齿轮传动，可靠度高；两侧机翼通过层叠设计，进一步节约了存储空间；独特的错位凹槽设计，将两个方向的运动集成到一个装置上，大大降低了机构复杂度，提高了效率。采用该折叠装置，在执行无人机集群远程投放任务时，不仅能够在母机有限的运载空间里装载更多无人机，而且可智能控制的折叠装置通过合理的控制，使得无人机高密度抛撒可靠性提高；同时，该装置使得无人机展开以后能够进行变后掠角飞行，增强了其各个飞行速度下的稳定性与灵活性。
附图说明
图1为无人机机翼折叠装置结构示意图；
图2为无人机机翼折叠装置后视图；
图3为无人机机翼折叠装置左视图；
图4为无人机机翼折叠状态示意图；
图5为无人机机翼折叠装置剖面图；
图6为镂空齿轮的形状示意图。
图中：电机1、第一从动齿轮2、第一主动齿轮3、上翼转轴4、下翼转轴5、固定夹板6、机翼7、电机固定插销8、第二从动齿轮9、第二主动齿轮10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1～3所示，一种无人机机翼折叠装置，其包括两侧机翼7和错位凹槽机构。错位凹槽机构用于使上翼转轴4、下翼转轴5之间能够在转动的同时，实现机翼的上下相对运动。错位凹槽机构由一个上旋体和一个下旋体组成，两侧的机翼7各自通过固定夹板6分别固接于上旋体、下旋体上，固定夹板6与机翼之间至少有两对固定插销，另外一侧同理。上旋体和下旋体之间通过向上倾斜的螺旋槽面相接触。由于螺旋槽面是呈倾斜状态的，因此两者在相对旋转过程中，上旋体能够沿着螺旋槽面相对下旋体向上抬升。
下翼转轴5为空心柱体结构，下旋体通过下翼转轴5与第二从动齿轮9固接，本实施例中下翼转轴5和下旋体可采用一体化加工。上翼转轴4同轴嵌套并贯穿下翼转轴5和第二从动齿轮9的中心，上翼转轴4与第二从动齿轮9之间通过轴承连接，上翼转轴4和下翼转轴5之间具有环形缝隙，且环形缝隙中填充有润滑油，因此两条轴之间能够相对转动。上旋体通过上翼转轴4与第一从动齿轮2中心固接，上翼转轴4与第一从动齿轮2的中心孔横截面均为六边形。第一从动齿轮2、第二从动齿轮9分别与第一主动齿轮3、第二主动齿轮10啮合传动，第一主动齿轮3和第二主动齿轮10各自由一个电机1驱动旋转。电机1通过电机固定插销8固定于无人机机体上，保持位置不变。
两侧机翼7在完全展开状态时，上旋体和下旋体的接触面完全密合，两者在纵向上的距离最小，保持两侧机翼7处于同一平面上。而两侧机翼7在收缩过程中，上旋体和下旋体在纵向上的距离变大，使两侧机翼7在竖向高度上逐渐错开。两侧机翼7旋至如图4所示的完全收缩状态时，两侧机翼7上下层叠，尽可能减少占用空间，此时上旋体和下旋体距离需满足使两侧机翼7上下层叠不会互相干涉。
本装置中，如图2所示，电机1驱动第一主动齿轮3转动，带动与之啮合的第一从动齿轮2转动；第一从动齿轮2通过自身转动带动与之固接的上翼转轴4和上旋体旋转；最后，上旋体带动机翼7旋转。另一个电机驱动第二主动齿轮10转动，带动与之啮合的第二从动齿轮9转动；第二从动齿轮9通过自身转动带动与之固接的下翼转轴5和下旋体旋转；最后，下旋体带动另一侧机翼旋转，变后掠角可通过调节齿轮转动角实现。由于在错位凹槽机构的作用下，上翼转轴4、下翼转轴5之间会出现高度差的变化，因此装置中配合传动的各主动齿轮、从动齿轮的厚度必须大于两侧机翼开合过程中的最大高度差，以保证齿轮间的稳定啮合。两副主动齿轮与从动齿轮的半径比均为1:4，以减小电机输出功率。为了减少重量，两个从动齿轮采用如图6所示的镂空结构。
如图3所示，本装置具有两套驱动机构，电机1驱动上机翼7折叠，另外一个电机驱动下机翼折叠。值得注意的是，采用错位凹槽设计之后，双侧机翼必须同步折叠，即要求两个电机必须实现统一控制、同步运行，最大效率地利用电机输出功。
如图5所示，通过机翼转轴剖面图可以清晰地看到内部工作机构。上翼转轴4为从上向下贯通，而下翼转轴5为圆环机构，与上翼转轴4同轴旋转，两者内部因为留有缝隙，润滑油在其间做圆柱环形缝隙流动，为典型的压差-剪切流动，该流动将引起一定的功率损失，因此本领域工程师需选择使总功率损失最小的间隙高度h。推荐的计算公式为：
μ--动力粘度(Pa·s)
U--轴向速度(m/s)
l--特征长度(m)
Δp--压差(Pa)
以上所述实施例只是本发明的一种较佳方案，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种无人机机翼折叠装置，其特征在于，包括两侧机翼(7)和错位凹槽机构，所述的错位凹槽机构包含上旋体和下旋体，上旋体和下旋体之间通过向上倾斜的螺旋槽面相接触，两者在相对旋转过程中上旋体能够相对下旋体向上抬升；两侧的机翼(7)各自通过固定夹板(6)分别固接于上旋体、下旋体上，下翼转轴(5)为空心柱体结构，下旋体通过下翼转轴(5)与第二从动齿轮(9)固接，上翼转轴(4)同轴嵌套并贯穿下翼转轴(5)和第二从动齿轮(9)，且两条轴之间能够相对转动；上旋体通过上翼转轴(4)与第一从动齿轮(2)中心固接；第一从动齿轮(2)、第二从动齿轮(9)分别与第一主动齿轮(3)、第二主动齿轮(10)啮合传动，第一主动齿轮(3)和第二主动齿轮(10)各自由一个电机(1)驱动旋转。
2.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，所述的固定夹板(6)与机翼(7)间通过至少两对固定插销相连。
3.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，装置中配合传动的齿轮厚度必须大于两侧机翼开合过程中的最大高度差，以保证齿轮间的稳定啮合。
4.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，所述的电机(1)通过电机固定插销(8)固定于无人机机体上。
5.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，上翼转轴(4)和下翼转轴(5)之间具有环形缝隙，且环形缝隙中填充有润滑油。
6.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，两侧机翼(7)在展开状态时，上旋体和下旋体在纵向上的距离最小，两侧机翼(7)处于同一平面上；两侧机翼(7)在收缩过程中，上旋体和下旋体在纵向上的距离变大；两侧机翼(7)旋至完全收缩状态时，上旋体和下旋体距离需满足使两侧机翼(7)上下层叠不会互相干涉。
7.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，主动齿轮与从动齿轮的半径比为1:4。
8.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，上翼转轴(4)横截面为六边形，以利于与齿轮的传力。
9.如权利要求1所述的无人机机翼折叠装置，其特征在于，从动齿轮(2)采用镂空结构。
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