CN109436290B - 一种飞行器翼面折叠机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，具体为一种飞行器翼面折叠机构，包括变形系统，所述变形系统设置在飞行器机身和机翼之间，所述变形系统包括若干组折叠铰链和若干组折叠面，所述变形系统通过所述折叠铰链分别与飞行器机和机活动连接，所述变形系统在变形过程中始终保持机翼前缘与该变形系统尾缘随动；本发明综合前掠翼与折叠翼的先进气动特性，实现新型前掠折叠组合变体方式，提高飞行稳定性与宽速域飞行性能。

Description

一种飞行器翼面折叠机构
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种飞行器翼面折叠机构。
背景技术
“变体飞行器”从广义上是指主动改变气动外形,以便获得所需飞行性能、环境与任务适应性的飞行器，该定义几乎囊括了航空史上为改变飞机外形所采用的各种方法。变体飞行器可通过局部或整体改变飞行器的外形形状，使飞行器高效、高性能、实时适应多种飞行环境与任务需求，是临近空间飞行器设计的重要研究方向之一。其中折叠翼变体飞行器是近年来备受关注的一种变体方案。由洛克希德·马丁公司在MAS(Morphing AircraftStructures)项目中提出的折叠翼变体方案是变体飞行器研究的典型代表之一，折叠机翼分为内翼和外翼，内翼可向机身折叠130°从而实现最多200％的机翼面积变形，同时大大降低了浸湿面积，从而显著降低阻力。该方案内外翼之间、翼身之间靠铰链相连，通过柔性无缝蒙皮和新型压电作动器实现折叠变形，并在一架执行空军任务的小型无人机上进行应用试验。目前各国学者提出的折叠翼变体方案本质上代表后掠翼的先进性，一般基于飞翼布局，但这种布局设计的严重缺陷是稳定性和操控性不足。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种飞行器翼面折叠机构。本发明综合前掠翼与折叠翼的先进气动特性，实现新型前掠折叠组合变体方式，提高飞行稳定性与宽速域飞行性能。
本发明的技术方案：
一种新型飞行器翼面折叠机构，实现新型前掠折叠组合变体方式，该机构主要由变形系统与驱动系统组成，变形系统主要由若干折叠铰链与折叠面组成，该折叠机构的平面形状可采用三角形、双三角形、四边形等具有后掠特征的形状，减小超声速激波阻力；折叠机构的作用有两个：一是飞行器低速起降状态，由于飞行攻角的存在作为升力面为飞行器提供升力，类似于三角翼；二是飞行器变形时作为变形机构。
飞行器跨声速巡航时，该机构折叠带动机翼前掠，减小跨声速阻力，提高跨声速机动性。同时，机构折叠后升力面减小，进一步降低寄生阻力，从而减少飞行器燃油消耗。飞行器超声速巡航时，可将整个变形机构完全折叠，从而实现机翼的完全前掠，形成类似大三角翼布局，减小超声速激波阻力
所述折叠机构包括十个折叠铰链和四个折叠面，所述四个折叠面分别为跨超声速构型转换内侧折叠面、跨超声速构型转换外侧折叠面、低跨声速构型转换内侧折叠面和低跨声速构型转换外侧折叠面，所述跨超声速构型转换内侧折叠面、跨超声速构型转换外侧折叠面、低跨声速构型转换内侧折叠面和低跨声速构型转换外侧折叠面依次通过两个折叠铰链铰接，且所述跨超声速构型转换内侧折叠面通过两个折叠铰链与所述机身铰接，所述低跨声速构型转换外侧折叠面通过两个折叠铰链与所述机翼铰接。
进一步的，所述折叠机构的平面形状为三角形、双三角形、四边形中的一种。
进一步的，所述跨超声速构型转换内侧折叠面与跨超声速构型转换外侧折叠面之间的夹角为单位折叠角一；所述跨超声速构型转换外侧折叠面与所述低跨声速构型转换内侧折叠面之间的夹角为单位折叠角二，所述低跨声速构型转换内侧折叠面和所述低跨声速构型转换外侧折叠面之间的夹角为单位折叠角三，所述单位折叠角一、所述单位折叠角二和所述单位折叠角三的大小相同。
进一步的，所述跨超声速构型转换内侧折叠面、跨超声速构型转换外侧折叠面、低跨声速构型转换内侧折叠面和低跨声速构型转换外侧折叠面均可沿折叠铰链折叠，且折叠后所述跨超声速构型转换内侧折叠面、跨超声速构型转换外侧折叠面、低跨声速构型转换内侧折叠面和低跨声速构型转换外侧折叠面重合共面。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1.可实现飞行器在飞行过程中机翼形状与前掠角的同时大尺度改变；
2.变形机构在正迎角飞行时也是升力面，具有变体和增升的双重功能；
3.变体机构设计制造简单，成本低，工程实现性强；
4.配合先进可压缩柔性材料进行翼型设计，具备更大的增升潜力；
5.具备折叠翼与前掠翼的双重变体气动优势；
6.变形/承载/气动升力面一体化，结构效率高。
附图说明
图1是本发明的变体飞机差动折叠示意图；
图2是本发明的三角形翼面折叠机构示意图；
图3是本发明的变形与驱动系统布置示意图；
图4是机翼折叠前掠变体过程示意图。
图中1-机身；2-机翼；3-折叠机构；14-跨超声速构型转换内侧折叠面；15-跨超声速构型转换外侧折叠面；16-低跨声速构型转换内侧折叠面；17-低跨声速构型转换外侧折叠面。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
结合图1-4所示，本实施例公开的包括变形系统3和，所述变形系统设置在飞行器机身1和机翼2之间，所述变形系统3包括若干组折叠铰链和若干组折叠面，所述变形系统3通过所述折叠铰链分别与飞行器机身1和机翼2活动连接，所述变形系统3在变形过程中始终保持机翼2前缘与该变形系统3尾缘随动；其中折叠机构3为低速全展开状态，折叠机构3`为跨声速半展开状态；其中变形系统外侧包覆有柔性蒙皮20，所述变形系统由驱动系统驱动变形，驱动系统设置在机翼上。
如图2所示，所述折叠机构3包括十个折叠铰链和四个折叠面，所述四个折叠面分别为跨超声速构型转换内侧折叠面14、跨超声速构型转换外侧折叠面15、低跨声速构型转换内侧折叠面16和低跨声速构型转换外侧折叠面17，所述跨超声速构型转换内侧折叠面14、跨超声速构型转换外侧折叠面15、低跨声速构型转换内侧折叠面16和低跨声速构型转换外侧折叠面17依次通过两个折叠铰链铰接，且所述跨超声速构型转换内侧折叠面14通过两个折叠铰链与所述机身1铰接，所述低跨声速构型转换外侧折叠面17通过两个折叠铰链与所述机翼2铰接；其中十个折叠铰链分别为折叠链四4、折叠链五5、折叠链六6、折叠链七7、折叠链八8、折叠链九9、折叠链十10、折叠链十一11和折叠链十二12。
具体的，所述折叠机构3的平面形状为三角形、双三角形、四边形中的一种，或者是其他具有后掠形状中的一种。
具体的，所述跨超声速构型转换内侧折叠面14与跨超声速构型转换外侧折叠面15之间的夹角为单位折叠角一；所述跨超声速构型转换外侧折叠面15与所述低跨声速构型转换内侧折叠面16之间的夹角为单位折叠角二，所述低跨声速构型转换内侧折叠面16和所述低跨声速构型转换外侧折叠面17之间的夹角为单位折叠角三，所述单位折叠角一、所述单位折叠角二和所述单位折叠角三的大小相同。
具体的，所述跨超声速构型转换内侧折叠面14、跨超声速构型转换外侧折叠面15、低跨声速构型转换内侧折叠面16和低跨声速构型转换外侧折叠面17均可沿折叠铰链折叠，且折叠后所述跨超声速构型转换内侧折叠面14、跨超声速构型转换外侧折叠面15、低跨声速构型转换内侧折叠面16和低跨声速构型转换外侧折叠面17重合共面。
如图3所示，该机构折叠带动机翼前掠，减小跨声速阻力，提高跨声速机动性。同时，机构折叠后升力面减小，进一步降低寄生阻力，从而减少飞行器燃油消耗。飞行器超声速巡航时，可将整个变形机构完全折叠，从而实现机翼的完全前掠，形成类似大三角翼布局，减小超声速激波阻力。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种飞行器翼面折叠机构，其特征在于，包括变形系统（3），所述变形系统设置在飞行器机身（1）和机翼（2）之间，所述变形系统（3）通过折叠铰链分别与飞行器机身（1）和机翼（2）活动连接，所述变形系统（3）在变形过程中始终保持机翼（2）前缘与该变形系统（3）尾缘随动；
变形系统（3）包括十个折叠铰链和四个折叠面，所述四个折叠面分别为跨超声速构型转换内侧折叠面（14）、跨超声速构型转换外侧折叠面（15）、低跨声速构型转换内侧折叠面（16）和低跨声速构型转换外侧折叠面（17），所述跨超声速构型转换内侧折叠面（14）、跨超声速构型转换外侧折叠面（15）、低跨声速构型转换内侧折叠面（16）和低跨声速构型转换外侧折叠面（17）依次通过两个折叠铰链铰接，且所述跨超声速构型转换内侧折叠面（14）通过两个折叠铰链与所述飞行器机身（1）铰接，所述低跨声速构型转换外侧折叠面（17）通过两个折叠铰链与所述机翼（2）铰接；飞行器翼面折叠机构可根据飞行器布局与任务需求预设多级调节，可采用分布式变体作动机构可实现左右机翼差动变形控制。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器翼面折叠机构，其特征在于，所述折叠机构的平面形状为三角形、双三角形、四边形中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种飞行器翼面折叠机构，其特征在于，所述跨超声速构型转换内侧折叠面（14）与跨超声速构型转换外侧折叠面（15）之间的夹角为单位折叠角一；所述跨超声速构型转换外侧折叠面（15）与所述低跨声速构型转换内侧折叠面（16）之间的夹角为单位折叠角二，所述低跨声速构型转换内侧折叠面（16）和所述低跨声速构型转换外侧折叠面（17）之间的夹角为单位折叠角三，所述单位折叠角一、所述单位折叠角二和所述单位折叠角三的大小相同。
4.根据权利要求1所述的一种飞行器翼面折叠机构，其特征在于，所述跨超声速构型转换内侧折叠面（14）、跨超声速构型转换外侧折叠面（15）、低跨声速构型转换内侧折叠面（16）和低跨声速构型转换外侧折叠面（17）均可沿折叠铰链折叠，且折叠后所述跨超声速构型转换内侧折叠面（14）、跨超声速构型转换外侧折叠面（15）、低跨声速构型转换内侧折叠面（16）和低跨声速构型转换外侧折叠面（17）重合共面；机翼与跨超声速构型转换内侧折叠面（14）的后缘随动从而实现双单位折叠角步进式折叠前掠变体过程。
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