CN109367761B - 一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构 - Google Patents

一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，包括襟翼、操纵舵机、舵机连杆、襟翼连杆、填充板连杆以及填充板；操纵舵机固定在旋转机翼内部的墙板上，舵机连杆一端固定在操纵舵机的旋转端，能够受控在旋转机翼的翼型截面内转动，舵机连杆另一端与襟翼连杆一端铰接，襟翼连杆另一端与襟翼内表面中部铰接；舵机连杆中部与填充板连杆一端铰接，填充板连杆另一端与填充板内表面铰接；填充板一端与固定在襟翼开口位置处的填充板旋转轴配合，能够绕填充板旋转轴转动；襟翼通过襟翼旋转轴安装在旋转机翼外缘。本发明可在操纵襟翼偏转打开的同时，操纵填充板遮挡襟翼打开后形成的凹陷空腔，避免凹陷影响襟翼的减阻增升效果。

Description

一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构
技术领域
本发明涉及旋转机翼设计技术领域，具体为一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构。
背景技术
申请人在中国专利201110213680.1中公开了一种飞行模式可变的旋转机翼飞机，其最大的特点是机身中部有一副既可以高速旋转作为旋翼，又可以锁定作为固定翼的旋转机翼。因为要兼顾旋翼和固定翼使用，旋转机翼的翼型选择了椭圆翼型。
韩国Sungyoon Choi和Oh Joon Kwon在Jounral of Aircraft第45期发表了“Aerodynamic Characteristics of Elliptic Airfoils at High Reynolds Numbers”，对不同相对厚度椭圆翼型气动特性进行了数值计算研究，结果表明，因为钝后缘引起的大面积流动分离，椭圆翼型的升力线斜率小于相同相对厚度的NACA系列对称翼型，阻力系数大于常规翼型，而且阻力系数随相对厚度的增大而增大。
美国专利U.S.Pat.No.7014142B2“Low-Drag Rotor/Wing Flap”公布了四种旋翼/机翼后缘襟翼方案的图示，但并未给出具体的外形构造方法，而且在翼型后缘下方有大的凹陷部分以用来容纳收拢后的襟翼，进而容易在凹陷处形成流动分离和漩涡，影响襟翼的减阻增升效果。
为解决上述问题，申请人考虑采用一种前后对称翼型襟翼，襟翼打开后旋转机翼后缘变尖，可有效减小流动分离；襟翼收起后，后缘与前缘仍保持前后对称的外形，从而满足旋转机翼既作旋翼又作固定翼的使用要求；同时翼型下表面还设计有一填充面，在襟翼打开后填充面可遮挡襟翼打开后形成的凹陷并将襟翼下表面与机翼下表面光滑过渡，为此需要一种专门针对这一需求的襟翼收放操纵机构。经过检索，中国专利201720453503.3、201610843800.9和201610818679.4等公布了多种机翼后缘襟翼操纵机构的设计，但均是针对常规襟翼，不能适用于上述构造的前后对称翼型襟翼。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，此机构可在操纵襟翼偏转打开的同时，操纵填充板遮挡襟翼打开后形成的凹陷空腔，避免凹陷影响襟翼的减阻增升效果；并且能够操纵填充板及襟翼收起，并使收起填充板及襟翼的后缘与前缘仍保持前后对称的外形。
本发明的技术方案为：
所述一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，其特征在于：包括襟翼(2)、操纵舵机(3)、舵机连杆(9)、襟翼连杆(8)、填充板连杆(7)以及填充板(5)；
操纵舵机(3)固定在旋转机翼内部的墙板(10)上，舵机连杆(9)的一端固定在操纵舵机(3)的旋转端，操纵舵机(3)能够控制舵机连杆(9)在旋转机翼(1)的翼型截面内转动，舵机连杆(9)的另一端与襟翼连杆(8)一端铰接，襟翼连杆(8)另一端与襟翼(2)内表面中部的连接耳片铰接；舵机连杆(9)中部与填充板连杆(7)一端铰接，填充板连杆(7)另一端与填充板(5)内表面连接耳片铰接；
所述填充板(5)一端与固定在旋转机翼下表面襟翼开口位置处的填充板旋转轴(6)配合，能够绕填充板旋转轴(6)在旋转机翼的翼型截面内转动；所述襟翼(2)通过襟翼旋转轴(4)安装在旋转机翼外缘；
当襟翼(2)处于收起状态时，襟翼(2)外表面与旋转机翼上下表面配合，形成的翼型截面为前后对称以及上下对称的翼型截面；填充板(5)收纳在襟翼(2)与墙板(10)之间的空间内；当襟翼(2)打开时，操纵舵机(3)驱动舵机连杆(9)向外转动，并能够通过襟翼连杆(8)推动襟翼(2)绕襟翼旋转轴(4)向外旋转，同时能够通过填充板连杆(7)推动填充板(5)绕填充板旋转轴(6)向外旋转；当襟翼(2)打开到位时，填充板(5)也恰好展开到位，填充板(5)外端与襟翼(2)的内表面内端衔接，填充板(5)外表面与襟翼(2)内表面光滑过渡。
进一步的优选方案，所述一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，其特征在于：旋转机翼的前后缘均设置有襟翼收放操纵机构。
进一步的优选方案，所述一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，其特征在于：墙板(10)以及填充板(5)上设置有狭缝，供连杆穿过。
进一步的优选方案，所述一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，其特征在于：所述襟翼(2)的翼型截面形状由外表面截面线、内表面截面线和过渡曲线组成；其中襟翼(2)的外表面截面线由圆弧曲线和外侧样条曲线组成；所述圆弧曲线以襟翼旋转轴(4)的截面中心为圆心，圆弧曲线一端与外侧样条曲线G1连续，且圆弧曲线始终与旋转机翼上表面截面线G1连续；当襟翼(2)处于收起状态时，外侧样条曲线与旋转机翼下表面截面线G1连续，且襟翼(2)的外表面截面线与旋转机翼上下表面截面线共同组成前后对称以及上下对称的翼型截面；襟翼(2)的内表面截面线为内侧样条曲线，当襟翼(2)处于打开状态时，内侧样条曲线与填充板外表面截面线光滑过渡；所述过渡曲线为外表面截面线与内表面截面线之间的连接曲线，在襟翼(2)转动过程中，不与其余结构发生干涉。
有益效果
本发明提出了一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，此机构可在操纵襟翼偏转打开的同时，操纵填充板遮挡襟翼打开后形成的凹陷空腔，实现了襟翼打开后后缘由钝变尖，减小流动分离，进而减阻增升的目的，并且避免凹陷影响襟翼的减阻增升效果；该机构还能够操纵填充板及襟翼收起，并使收起填充板及襟翼的后缘与前缘仍保持前后对称的外形。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：旋转机翼翼型示意图；
图2：旋转机翼带襟翼翼型示意图；
图3：旋转机翼襟翼结构示意图；
图4：襟翼收放操纵机构(襟翼收起状态)示意图；
图5：襟翼收放操纵机构(襟翼中间状态)示意图；
图6：襟翼收放操纵机构(襟翼打开状态)示意图；
图7：填充板示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例中在翼型前后两端都设置了襟翼，实际使用过程中迎风侧襟翼收拢，另一侧襟翼打开。之所以在两端都设置襟翼，因为在旋转过程中，转轴两侧的旋转机翼的迎风端以及背风端是相同的，但当旋转机翼停转形成固定翼时，对于转轴某一侧的旋转机翼，其高速旋转时的迎风端将会变为背风端，此时需要在固定翼飞行模式下将此端的襟翼打开，而另一端由背风端变为迎风侧，须将此端的襟翼收拢。襟翼收拢后情形如图2左端所示，襟翼打开后情形如图2右端所示。
上述翼型和襟翼的构造过程为：
步骤1：根据设计要求确定翼型弦长C为200mm及前后缘曲率半径r为6mm。
步骤2：建立设计坐标系，坐标原点在翼型中心，X轴沿弦长方向，Y轴垂直于X轴。
步骤3：在设计坐标系中，采用两个半径等于翼型曲率半径6mm的构造圆101分别布置在Y轴两侧，圆心坐标分别为[94,0]和[-94,0]。
步骤4：根据设计要求确定翼型的相对厚度为16％，得到翼型上翼面和下翼面之间的最大厚度为32mm；并且确定翼型前后缘襟翼由收拢到完全打开的旋转角度为140°。
步骤5：在设计坐标系第一象限内采用以下步骤构造翼面线：
步骤5.1：以设计坐标系X轴正方向上的构造圆101的圆心为起点，做一条与X轴正方向成70角的射线105，得到射线105与X轴正方向上构造圆101的交点；
步骤5.2：以步骤5.1得到的交点和坐标为[0,16]的点为样条线端点，构造出翼面线102，且翼面线102在端点[0,16]处的切线方向103与X轴平行，在另一端点处的切线方向104与射线105垂直，也就是与X轴正方向上的构造圆101相切。
步骤6：将步骤5构造的翼面线相对X轴和Y轴对称复制，并与两个构造圆的外侧部分结合，形成一个封闭的上下和左右对称的相对厚度为16％的翼型，至此，翼型构造完成。
基于上述对称翼型，进一步构造襟翼，由于是对称翼型，所以前后缘均采用以下步骤构造襟翼，下面以后缘为例：
步骤a：根据襟翼开裂位置与Y轴的距离l＝70mm，确定翼型下表面襟翼开裂点110位置。
步骤b：将开裂点外侧的翼型下表面翼面线确定为打开后襟翼的上表面线106，并将上表面线106绕同侧构造圆圆心向外旋转140°。
步骤c：在开裂点外侧的翼型下表面翼面线上选择一点111，与步骤b中向外旋转后的上表面线106的外端点共同作为样条线的两个端点，构造襟翼下表面线107；其中点111的选择需要满足：点111与同侧构造圆圆心的连线112与X轴的钝夹角β满足(180-θ)>β>θ；若β大于(180-θ)，则襟翼收拢后此点将突出在后缘上表面外，意味着襟翼无法收拢在翼型内，而若此角度小于θ，则下述填充面109在绕开裂点110旋转时一端将经过襟翼旋转中心(也就是构造圆的圆心)，从而影响襟翼操纵机构的机械可实现性。本实施例中点111与同侧构造圆圆心的连线112与X轴的钝夹角β＝105°。
此外构造的襟翼下表面线107在点111处与开裂点外侧的翼型下表面翼面线G1连续。
步骤d：为了在襟翼打开后翼型下表面不出现凹陷部分，在襟翼开裂点110与点111之间构造填充面线109。填充面线109能够绕襟翼开裂点110转动，当襟翼收拢时，填充面线109绕襟翼开裂点110向内转动，收于翼型内；当襟翼打开后，填充面线109绕襟翼开裂点110向外转动，填充襟翼打开后翼型下表面出现的凹陷部分，从而能够避免出现凹陷，影响襟翼的减阻增升效果。
上述翼型和襟翼的设计完成后，为了实现相应的襟翼收放，本实施例提出了一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，且旋转机翼的前后缘均设置有襟翼收放操纵机构。襟翼收放操纵机构包括襟翼2、操纵舵机3、舵机连杆9、襟翼连杆8、填充板连杆7以及填充板5。
操纵舵机3固定在旋转机翼内部的墙板10上，舵机连杆9的一端固定在操纵舵机3的旋转端，操纵舵机3能够控制舵机连杆9在旋转机翼1的翼型截面内转动，舵机连杆9的另一端与襟翼连杆8一端铰接，襟翼连杆8另一端与襟翼2内表面中部的连接耳片铰接；舵机连杆9中部与填充板连杆7一端铰接，填充板连杆7另一端与填充板5内表面连接耳片铰接的。
所述填充板5一端与固定在旋转机翼下表面襟翼开口位置处的填充板旋转轴6配合，能够绕填充板旋转轴6在旋转机翼的翼型截面内转动；所述襟翼2通过襟翼旋转轴4安装在旋转机翼外缘。
为避免与连杆的操纵运动形成干涉，墙板10上开有狭缝以容纳连杆通过，填充板5上也设置有狭缝以容纳舵机连杆9和襟翼连杆8通过。
与上述襟翼设计过程对应，所述襟翼2的翼型截面形状由外表面截面线、内表面截面线和过渡曲线组成；其中襟翼2的外表面截面线由圆弧曲线和外侧样条曲线组成；所述圆弧曲线以襟翼旋转轴4的截面中心为圆心，圆弧曲线一端与外侧样条曲线G1连续，且圆弧曲线始终与旋转机翼上表面截面线G1连续；当襟翼2处于收起状态时，外侧样条曲线与旋转机翼下表面截面线G1连续，且襟翼2的外表面截面线与旋转机翼上下表面截面线共同组成前后对称以及上下对称的翼型截面；襟翼2的内表面截面线为内侧样条曲线，当襟翼2处于打开状态时，内侧样条曲线与填充板外表面截面线光滑过渡；所述过渡曲线为外表面截面线与内表面截面线之间的连接曲线，在襟翼2转动过程中，不与其余结构发生干涉。
当襟翼2处于收起状态时，襟翼2外表面与旋转机翼上下表面配合，形成的翼型截面为前后对称以及上下对称的翼型截面；填充板5收纳在襟翼2与墙板10之间的空间内；当襟翼2打开时，操纵舵机3驱动舵机连杆9向外转动，并能够通过襟翼连杆8推动襟翼2绕襟翼旋转轴4向外旋转，同时能够通过填充板连杆7推动填充板5绕填充板旋转轴6向外旋转；当襟翼2打开到位时，填充板5也恰好展开到位，填充板5外端与襟翼2的内表面内端衔接，填充板5外表面与襟翼2内表面光滑过渡。
襟翼打开过程如下：
操纵舵机3驱动舵机连杆9绕旋转端逆时针旋转，进而通过襟翼连杆8驱动襟翼2绕其旋转轴4逆时针旋转，通过填充板连杆7驱动填充板5绕填充板旋转轴6顺时针旋转。当襟翼2转动到位时，填充板5恰好旋转到其下表面与襟翼2内表面形成光滑过渡的位置，此时，襟翼系统完全打开到位，操纵舵机3停止旋转并位置锁定。
襟翼收起过程如下：
操纵舵机3驱动舵机连杆9绕旋转端顺时针旋转，进而通过襟翼连杆8驱动襟翼2绕其旋转轴4顺时针旋转，通过填充板连杆7驱动填充板5绕其旋转轴6逆时针旋转。当襟翼2外表面与旋转机翼上下表面配合，形成的翼型截面为前后对称以及上下对称的翼型截面时，襟翼系统完全收起到位，此时填充板5也旋转收起到襟翼内侧，舵机3停止旋转并位置锁定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，其特征在于：包括襟翼(2)、操纵舵机(3)、舵机连杆(9)、襟翼连杆(8)、填充板连杆(7)以及填充板(5)；
操纵舵机(3)固定在旋转机翼内部的墙板(10)上，舵机连杆(9)的一端固定在操纵舵机(3)的旋转端，操纵舵机(3)能够控制舵机连杆(9)在旋转机翼(1)的翼型截面内转动，舵机连杆(9)的另一端与襟翼连杆(8)一端铰接，襟翼连杆(8)另一端与襟翼(2)内表面中部的连接耳片铰接；舵机连杆(9)中部与填充板连杆(7)一端铰接，填充板连杆(7)另一端与填充板(5)内表面连接耳片铰接；
所述填充板(5)一端与固定在旋转机翼下表面襟翼开口位置处的填充板旋转轴(6)配合，能够绕填充板旋转轴(6)在旋转机翼的翼型截面内转动；所述襟翼(2)通过襟翼旋转轴(4)安装在旋转机翼外缘；
当襟翼(2)处于收起状态时，襟翼(2)外表面与旋转机翼上下表面配合，形成的翼型截面为前后对称以及上下对称的翼型截面；填充板(5)收纳在襟翼(2)与墙板(10)之间的空间内；当襟翼(2)打开时，操纵舵机(3)驱动舵机连杆(9)向外转动，并能够通过襟翼连杆(8)推动襟翼(2)绕襟翼旋转轴(4)向外旋转，同时能够通过填充板连杆(7)推动填充板(5)绕填充板旋转轴(6)向外旋转；当襟翼(2)打开到位时，填充板(5)也恰好展开到位，填充板(5)外端与襟翼(2)的内表面内端衔接，填充板(5)外表面与襟翼(2)内表面光滑过渡；
所述襟翼(2)的翼型截面形状由外表面截面线、内表面截面线和过渡曲线组成；其中襟翼(2)的外表面截面线由圆弧曲线和外侧样条曲线组成；所述圆弧曲线以襟翼旋转轴(4)的截面中心为圆心，圆弧曲线一端与外侧样条曲线G1连续，且圆弧曲线始终与旋转机翼上表面截面线G1连续；当襟翼(2)处于收起状态时，外侧样条曲线与旋转机翼下表面截面线G1连续，且襟翼(2)的外表面截面线与旋转机翼上下表面截面线共同组成前后对称以及上下对称的翼型截面；襟翼(2)的内表面截面线为内侧样条曲线，当襟翼(2)处于打开状态时，内侧样条曲线与填充板外表面截面线光滑过渡；所述过渡曲线为外表面截面线与内表面截面线之间的连接曲线，在襟翼(2)转动过程中，不与其余结构发生干涉。
2.根据权利要求1所述一种用于旋转机翼的襟翼收放操纵机构，其特征在于：旋转机翼的前后缘均设置有襟翼收放操纵机构。
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