CN108583876A - 一种空中翼尖对接/分离的机构 - Google Patents

Abstract

本发明针对两架或多架飞机在空中对接以提高巡航效率或空中分离以各自完成子任务等问题，提出了一种在空中能够实现翼尖对接/分离功能的机构系统，兼顾了结构简单、可靠、经济三条特性。实现方式为在需要对接的两架飞机的翼尖端肋上安装对接装置。利用伸缩装置将对接点控制在翼尖外侧某处，从而降低翼尖涡的干扰；同时，利用捕获和锁定装置将伸出的对接矛捕获锁定；最后再一次利用伸缩装置将两架飞机拉近，完成翼尖对接过程。分离过程则与之相反，利用伸缩装置将两架飞机推开；利用捕获和锁定装置将对接矛解锁；在布置捕获和锁定装置一侧的飞机飞离后，另一侧飞机将对接矛收回则完成分离过程。本发明能够从较大程度上解决飞机特别是无人机在空中进行翼尖对接或分离的问题。该装置机构简单可靠，对现有飞机进行加装时对机翼结构改动较小。因此，该装置具有较好的适应性，在航空领域及相关领域有一定的应用推广性。

Description

一种空中翼尖对接/分离的机构

技术领域

本发明涉及一种有人或无人驾驶飞机之间在空中的翼尖对接/分离技术领域，具体来讲是一种利用安装在翼尖的、使两架及两架以上飞机实现空中对接的翼尖对接/分离机构系统。

背景技术

1.单架飞机因为受限于气弹、结构、加工工艺、制造成本甚至机场，通常其翼展会控制在一定范围内。而飞机的展弦比越大，其升阻比越大，巡航性能越好，航程和续航时间越长。

2.目前，为了增大展弦比，采取了很多方法。采用大展弦比或超大展弦比机翼就是其中之一。大展弦比或超大展弦比飞机在高空长航时方面具有很大优势。优异的巡航效率以及高空长航时的性能使其备受欢迎。然而，超大展弦比这类飞机也存在着一些弊端。通常因为其翼展很大，制造工艺较为复杂，成本较高。并且，这类飞机在起飞和着陆时对场地和天气有着较高的要求，较小的滚转角也容易导致翼尖触地造成损伤甚至破坏。同时，由于较低的结构强度和较大的尺寸，在遇到气流时，机体也容易解体。美国“太阳神号”无人机就是偶遇湍流而解体坠毁。

3.增大展弦比以获取优良的巡航性能的方法中，还存在这样的一种方案。多架中等展弦比的飞机从地面单独起飞，在空中完成对接后进行整体飞行，从而有效地增大飞机展弦比。降落时，整体飞行的数架飞机通过空中分离，从而逐次独立降落。这种方案同时避免了结构、加工工艺、制造成本和机场的限制。并且，维修时仅需对出现损伤的个别飞机进行维修保养，不仅可以降低维修成本，降低风险，还不会在维修期间影响整体的运行。

4.空中对接/分离以增大展弦比方案的关键技术之一是稳定可靠的对接/分离装置。专利CN 102658866A针对单个无人机载荷小航程短以及单体飞机受损后无法完成任务等问题，设计了一种在地面连接、空中分离的装置。装备这种装置的无人机不能完成空中对接，因此分离出的飞机在完成任务后不能再回到对接飞行的形式。

5.专利CN 103963972B针对翼尖连接/拖带技术提出了一种空中翼尖对接的方法。该方法对对接过程中的飞机姿态控制精度要求很高，同时对接机构对机翼外端的结构具有一定要求。

针对以上通过翼尖对接提高巡航效率增大航程，并通过分离实现灵活独立完成各自子任务的问题，目前尚未提出结构简单、可靠、经济三者兼顾的方法。

发明内容

本发明针对两架或多架飞机在空中对接以提高巡航效率或空中分离以各自完成子任务等问题，提出了一种在空中能够实现翼尖对接/分离功能的机构系统。并且本发明对翼尖对接/分离机构系统的控制逻辑部分进行了设计。从而提供了一种空中进行翼尖对接/分离的解决方案。

一种空中翼尖对接/分离的机构系统包括一下内容：

一套结构简单、可靠的对接/分离机械装置；

一套实现安全、有效空中对接/分离的控制逻辑即相关传感器布置的原则。

本发明的创新之处：

首先，利用伸缩装置将对接对接位置控制在翼尖外侧约一个弦长的位置，从而较大程度地避免了翼尖涡给对接过程带来的抖动等不稳定影响。同时，将对接点控制在翼尖外一段距离处，降低了两架飞机在对接时可能出现翼尖碰撞的危险，增加了对接过程的安全性。另外，对接机构的其中一侧只需要将对接构件布置加强翼肋上，再将该加强翼肋与翼尖相连即可。这构成了模块化设计，减少了对外段机翼的破坏，可以比较高效地加装在已有飞机之上。对接机构的另一侧，在安装到飞机翼尖时，仅影响到最外端大约两个翼肋范围的机翼。总之，在对已有飞机进行加装这套对接/分离装置时，对原有的飞机机翼外端结构影响较小。因此，本发明具有较好的通用性和较为广泛的适应性。

附图说明

此处给出的发明图用来提供对本发明的直观理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是对接机构在对接前的示意图。

图2是对接矛伸出准本对接示意图。

图3是对接矛与右侧固定基座实现对接的示意图。

图4是右侧对接机构对对接矛完成锁定的示意图。

图5是对接机构完成对接的示意图。

具体实施方式

翼尖对接/分离装置包含伸缩装置、捕获和锁定装置两部分。

所述伸缩装置布置于图1的左侧翼段，即图1中的①②③三个部件。其中，部件①是驱动部分，提供沿翼展方向的直线运动；部件②是支撑部分；部件③是对接矛，为对接矛提供提供支撑，并为对接矛沿翼展方向的直线运动提供一定的滑轨作用。进行伸缩运动时，驱动部分①驱动安放在支撑②上面的对接矛③沿着翼展的方向做直线运动。

所述捕获和锁定装置布置于图1的右侧翼段，即图1的④⑤⑥⑦三个部分。其中，部件④是固定基座；部件⑤是驱动部分；部件⑥是移动基座；⑦是位于右侧翼肋上的滑槽。当所述捕获和锁定装置工作时，驱动部分⑤驱动移动基座⑥沿着翼肋上的滑槽⑦前后运动，从而将固定基座④和移动基座⑤之间的对接矛头捕获，并运用驱动装置的自锁性，实现对对接矛头的锁定。

翼尖对接的方法

在进行空中对接时，两架飞机一左一右保持一定的距离，并且保持在大致相同的高度和前后位置平飞。伸出装置伸出对接矛，过程如前所述，如图1所示的位置关系。此时，捕获和锁定装置启动，移动基座⑥在驱动部分⑤的带动下沿滑槽⑦向前运动，将伸出的对接矛头约束在两基座④⑥之间，并利用自锁而实现锁定。过程如图2、图3、图4所示。捕获锁定之后，左侧的驱动部分①带动对接矛③沿着翼展方向向左运动，将左侧部分的机翼(即左侧飞机)拉近，从而实现整体飞行。整个过程如图1、图2、图3、图4和图5所示。

翼尖分离的方法

在进行翼尖分离时，整个过程是翼尖对接过程的逆过程，即由图5→图4→图3。当由图4到图3时，右侧飞机相对左侧飞机向右前方飞行即可实现分离。最后，将位于图1状态的对接矛收回即完成了全部分离过程。

对接分离过程的控制逻辑

当发出对接指令后，测算两架飞机对接处两侧端肋的距离，并通过操纵飞机使该距离小于对接矛③的外伸长度且保证两架飞机保持一定的安全距离。然后，利用布置在移动基座⑥和固定基座④的激光传感器检测对接矛头是否位于两基座之间。如果位于两基座之间，则启动捕获和锁定装置，使两基座④⑥将对接矛③加紧锁定。如果对接矛③没有位于两基座之间，则通过调整飞机姿态使其进入到两基座之间。通过位于基座上的力传感器检测到基座和对接矛的夹紧力在设定范围之中时，即可启动伸缩装置将两架飞机拉近，当两侧端肋的距离到达设定值后，即完成了空中翼尖对接。

当分离指令发出后，立即启动伸缩装置使两侧端肋达到最大外伸距离，最大外伸距离由驱动部分①监测确定。然后启动捕获和锁定装置，使移动基座⑥退到最远距离，同样，最远距离由驱动部分⑤检测确定。布置基座一侧的飞机按设定的路线相对另一飞机向外飞出，当检测到两架飞机以达到安全距离之后，收回对接矛③，即完成了分离过程。

Claims (5)

1.一种空中翼尖对接/分离的机构，其特征在于，包括：翼尖对接过程分为伸出--捕获--锁定三部分的对接策略；安装于机翼外段内部的直线运动装置所构成的伸出机构；将基座设计为可移动形式的具有捕获和锁定功能的机构；应用于该套对接/分离机构的控制逻辑。

2.根据专利要求1所述的翼尖对接程分为伸出--捕获--锁定三部分的对接策略，其特征在于，对接过程存在具有明显区别的三个过程，即伸出、捕获、锁定，且三个过程依次出现。通过对各步骤简单设计即可衍生出不同组合设计方案。

3.根据专利要求1所述的安装于机翼外段内部的直线运动装置所构成的伸出机构，其特征在于，伸出机构沿着机翼纵梁的方向布置，通常固定于梁上；驱动部分包括但不限于丝杠驱动、电动推杆驱动、液压驱动等直线驱动方式。

4.根据专利要求1所述的将基座设计为可移动形式的具有捕获和锁定功能的机构，其特征在于，通过基座的移动实现基座的开合，进而实现对对接矛的捕获和锁定；同样，移动基座的驱动部分包括但不限于驱动部分包括但不限于丝杠驱动、电动推杆驱动、液压驱动等直线驱动方式。

5.根据专利要求1所述的应用于该套对接/分离机构的控制逻辑，其特征在于，该套控制逻辑连同专利要求2共同对翼尖对接时，飞机的飞行做出了指导和要求，对对接时飞机的前后位置精度要求有所降低；同时该套控制逻辑控制了整套装置的运行条件和顺序。