CN109515687A - 基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，主要包括主支架、齿条、弹性控制机构固定架、襟翼偏转机构、弹性控制机构和襟翼伸缩装置，所述襟翼偏转机构包括襟翼翼面、恒力弹簧、偏转轴和偏转齿轮，所述弹性控制机构包括襟翼主滑块、油气弹簧和弹性单元K；机翼上安装有主支架和襟翼伸缩装置，所述主支架上安装有襟翼偏转机构和弹性控制机构，襟翼偏转机构和弹性控制机构铰接；所述主支架上固定安装有齿条，所述偏转齿轮和齿条相啮合设置。本发明的优点：在气流驱动和油气弹性机构的共同控制下，根据飞行速度和高度变化，通过机动襟翼的翼面面积和偏转角度的实时改变，提高机翼在不同速度和高度下的气动性能。

Description

基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构

技术领域

本发明涉及飞机后缘机动襟翼制造技术领域，尤其涉及基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构。

背景技术

通常，在飞机机翼上安装襟翼可以增加机翼面积和弯度，提高机翼的升力系数；襟翼的种类很多，常用的有简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼和后退襟翼等等。后缘襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧；当襟翼下放时，升力增大，同时阻力也增大，因此一般用于起飞和着陆阶段，以便获得较大的升力，减少起飞和着陆滑跑距离，而机动襟翼还用于飞行中改善飞行性能。本后缘机动襟翼机构在气流驱动和油气弹性机构的共同控制下，根据飞行速度和高度变化，通过机动襟翼的翼面面积和偏转角度的实时改变，提高机翼在不同速度和高度下的气动性能。

发明内容

本发明的目的在于提供基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，在气流驱动和油气弹性机构的共同控制下，根据飞行速度和高度变化，通过机动襟翼的翼面面积和偏转角度的实时改变，提高机翼在不同速度和高度下的气动性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，主要包括主支架、齿条、弹性控制机构固定架、襟翼偏转机构、弹性控制机构和襟翼伸缩装置，所述襟翼偏转机构包括襟翼翼面、恒力弹簧、偏转轴和偏转齿轮，所述弹性控制机构包括襟翼主滑块、油气弹簧和弹性单元K；机翼上安装有主支架和襟翼伸缩装置，所述主支架上安装有襟翼偏转机构和弹性控制机构，襟翼偏转机构和弹性控制机构铰接；所述主支架上固定安装有齿条，所述偏转齿轮和齿条相啮合设置，偏转齿轮和偏转轴一端固定连接，偏转轴的另一端和翼面旋转轴固定连接，翼面旋转轴和襟翼翼面固定连接，所述恒力弹簧一端固定于翼面旋转轴上，恒力弹簧的另一端固定于襟翼翼面上，所述翼面旋转轴和襟翼主滑块转动连接，襟翼主滑块一侧和油气弹簧一端固定连接，油气弹簧的另一端和主支架固定连接，所述襟翼主滑块和弹性单元K一端铰接，弹性单元K的另一端和弹性控制机构固定架铰接，弹性控制机构固定架固定于主支架上。恒力弹簧起到平衡襟翼翼面惯性的作用，恒力弹簧弹力值的大小由襟翼翼面的惯性决定。

进一步的，所述油气弹簧采用单气室油气分隔式油气弹簧，所述油气弹簧包括作动筒、阻尼阀、气油活塞、油气弹簧气室、固定件、气阀、固定端安装孔、活动端安装孔和阻尼筒；所述固定件左端分别连接作动筒和阻尼筒，所述固定件内部开有通孔分别连通作动筒和阻尼筒，所述阻尼阀位于作动筒内部安装于固定件上通孔的一端，所述作动筒内设有作动杆，作动杆右端通过活塞和作动筒滑动连接，作动杆的左端贯穿作动筒的左端盖设置，作动杆的左端部设有活动端安装孔，所述阻尼筒内部设有气油活塞，气油活塞左侧为充有氮气的油气弹簧气室，气油活塞右侧和作动筒内活塞右侧分别充有阻尼油，所述阻尼筒的左端盖安装有气阀，所述固定件右侧设有安装杆，安装杆右端设有固定端安装孔，所述固定端安装孔和襟翼主滑块固定连接，所述活动端安装孔和主支架固定连接。本后缘机动襟翼机构选用单气室油气分隔式油气弹簧作为弹性控制机构的控制部件；油气弹簧气室内气压根据飞机飞行时实际空域情况通过气阀进行调整，作动筒中阻尼油的阻尼系数及阻尼阀可根据实际气流状态进行更换；油气弹簧所产生的弹力作用方向与襟翼主滑块运动方向一致。

进一步的，所述弹性单元K由多个不同刚度系数的螺纹弹簧并联组成。弹性单元K由多个不同刚度系数的螺纹弹簧并联组成，根据飞机飞行时实际空域气流情况可以通过增加或减少并联弹簧的数量调整弹性单元K的刚度系数。

进一步的，所述襟翼伸缩装置包括襟翼伸缩面上翼面、上翼面滑动铰链、上翼面滑块、襟翼伸缩面下翼面和下翼面滑动铰链，所述上翼面滑块安装在机翼上翼面处，上翼面滑块和襟翼伸缩面上翼面一端固定连接，襟翼伸缩面上翼面的另一端和上翼面滑动铰链滑动连接，上翼面滑动铰链和襟翼翼面铰接，所述襟翼伸缩面下翼面一端和机翼下翼面铰接，襟翼伸缩面下翼面的另一端和下翼面滑动铰链滑动连接，下翼面滑动铰链和襟翼翼面铰接。襟翼伸缩面上翼面与机翼上表面翼型相同，保证机翼上表面的气动性能；襟翼翼面与机翼翼面表面有襟翼伸缩装置相连，襟翼伸缩装置在襟翼翼面旋转收起时可以沿机翼表面滑动，保证飞机机翼和襟翼翼面连接处的气动性能。襟翼伸缩装置的作用是改变机翼的升力面积，襟翼翼面向下偏转时（即初始状态），襟翼伸缩装置伸出，增加升力面积；当襟翼翼面向上偏转时（即最终状态），襟翼伸缩装置缩回至机翼中，减小升力面积以降低阻力。

进一步的，所述齿条、恒力弹簧、偏转齿轮、襟翼主滑块、油气弹簧和弹性单元K和共同控制襟翼翼面的偏转角度。

进一步的，所述偏转齿轮分度圆直径决定襟翼翼面旋转角度和襟翼翼面沿襟翼主滑块方向滑动距离的比值。偏转齿轮、控制滑轨和翼面旋转轴在翼面旋转轴的旋转作用下沿襟翼主滑块滑动方向进行滚动。

进一步的，所述襟翼翼面由飞机的整体气动要求确定，根据气动设计要求确定翼面旋转轴位置。飞行时，襟翼翼面受到气流作用，作为整个机构的驱动部件。配合襟翼主滑块、偏转齿轮使襟翼翼面沿主支架固定方向滑动，同时绕翼面旋转轴旋转，完成襟翼的收放动作。本后缘机动襟翼机构可根据不同飞机的气动和结构要求，通过改进各个构件几何形状和尺寸安装至机翼翼根或襟翼整流罩中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 其一：在气流驱动和弹性机构的共同控制下，根据飞行速度和高度变化，通过机动襟翼的翼面面积和偏转角度的实时改变，提高机翼在不同速度和高度下的气动性能。其二：通过飞机飞行时襟翼翼面受到气流的作用，使得襟翼翼面有向前缩进和下放角度减小两种动作， 通过主支架上安装有襟翼偏转机构和弹性控制机构，所述襟翼偏转机构和弹性控制机构铰接，使得飞机机翼在改变机翼下偏角的同时改变机翼的升力面积，进而达到改变飞机机翼的气动性能的目的。其二：采用单气室油气分隔式油气弹簧作为弹性控制机构的控制部件，通过调节油气弹簧、气室气压和弹性单元K的刚度系数，可以控制襟翼翼面偏转过程中油气弹簧作用力与襟翼主滑块滑动方向夹角的变化曲线；随着飞行速度的增加，襟翼翼面继续向上偏转，完成襟翼收起动作，襟翼收放效果好。其三：襟翼翼面和飞机机翼表面由襟翼伸缩装置相连，在襟翼翼面进行收放动作时，襟翼翼面和飞机机翼表面连为一体，保证了飞机机翼的气动性能。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的襟翼翼面收放动作示意图；

其中（a）为襟翼翼面初始位置（b）为襟翼翼面中间（c）为襟翼翼面收起位置；

图3为本发明的主支架结构示意图；

图4为本发明的襟翼偏转机构与主支架的组装结构示意图；

图5为本发明的弹性控制机构、襟翼偏转机构和主支架相关部件的组装结构示意图；

图6为本发明的油气弹簧结构示意图；

图7为本发明的襟翼翼面、襟翼伸缩装置和机翼翼面组装结构示意图；

图中：1、主支架；1-1、齿条；1-2、弹性控制机构固定架；2-1、襟翼翼面；2-2、恒力弹簧；2-3、偏转轴；2-4、偏转齿轮；3-1、襟翼主滑块；3-2、油气弹簧；3-21、作动筒；3-22、阻尼阀；3-23、气-油活塞；3-24、油气弹簧气室；3-25、固定件；3-26、气阀；3-27、固定端安装孔；3-28、活动端安装孔；3-29、阻尼筒；3-3、弹性单元K；4、翼面旋转轴；5-1、襟翼伸缩面上翼面；5-2、上翼面滑动铰链；5-3、上翼面滑块；5-4、襟翼伸缩面下翼面；5-5、下翼面滑动铰链。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-7所示，基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，主要包括主支架1、齿条1-1、弹性控制机构固定架1-2、襟翼偏转机构、弹性控制机构和襟翼伸缩装置，所述襟翼偏转机构包括襟翼翼面2-1、恒力弹簧2-2、偏转轴2-3和偏转齿轮2-4，所述弹性控制机构包括襟翼主滑块3-1、油气弹簧3-2和弹性单元K（3-3）；机翼上安装有主支架1和襟翼伸缩装置，所述主支架1上安装有襟翼偏转机构和弹性控制机构，襟翼偏转机构和弹性控制机构铰接；所述主支架1上固定安装有齿条1-1，所述偏转齿轮2-4和齿条1-1相啮合设置，偏转齿轮2-4和偏转轴2-3一端固定连接，偏转轴2-3的另一端和翼面旋转轴4固定连接，翼面旋转轴4和襟翼翼面2-1固定连接，所述恒力弹簧2-2一端固定于翼面旋转轴4上，恒力弹簧2-2的另一端固定于襟翼翼面2-1上，所述翼面旋转轴4和襟翼主滑块3-1转动连接，襟翼主滑块3-1一侧和油气弹簧3-2一端固定连接，油气弹簧3-2的另一端和主支架1固定连接，所述襟翼主滑块3-1和弹性单元K（3-3）一端铰接，弹性单元K（3-3）的另一端和弹性控制机构固定架1-2铰接，弹性控制机构固定架1-2固定于主支架1上。恒力弹簧2-2起到平衡襟翼翼面2-1惯性的作用，恒力弹簧弹力值的大小由襟翼翼面的惯性决定。

其中，所述油气弹簧3-2采用单气室油气分隔式油气弹簧，所述油气弹簧3-2包括作动筒3-21、阻尼阀3-22、气-油活塞3-23、油气弹簧气室3-24、固定件3-25、气阀3-26、固定端安装孔3-27、活动端安装孔3-28和阻尼筒3-29；所述固定件3-25左端分别连接作动筒3-21和阻尼筒3-29，所述固定件3-25内部开有通孔分别连通作动筒3-21和阻尼筒3-29，所述阻尼阀3-22位于作动筒3-21内部安装于固定件3-25上通孔的一端，所述作动筒3-21内设有作动杆，作动杆右端通过活塞和作动筒3-21滑动连接，作动杆的左端贯穿作动筒3-21的左端盖设置，作动杆的左端部设有活动端安装孔3-28，所述阻尼筒3-29内部设有气-油活塞3-23，气-油活塞3-23左侧为充有氮气的油气弹簧气室3-24，气-油活塞3-23右侧和作动筒3-21内活塞右侧分别充有阻尼油，所述阻尼筒3-29的左端盖安装有气阀3-26，所述固定件3-25右侧设有安装杆，安装杆右端设有固定端安装孔3-27，所述固定端安装孔3-27和襟翼主滑块3-1固定连接，所述活动端安装孔3-28和主支架1固定连接。本后缘机动襟翼机构选用单气室油气分隔式油气弹簧作为弹性控制机构的控制部件；油气弹簧气室3-24内气压根据飞机飞行时实际空域情况通过气阀3-26进行调整，作动筒3-21中阻尼油的阻尼系数及阻尼阀3-22可根据实际气流状态进行更换；油气弹簧的滑动轨迹与机翼上表面保持一致，油气弹簧带动襟翼翼面滑动时，保证襟翼伸缩面的上翼板沿机翼翼型伸缩滑动，保证上翼板的气动特性。

其中，所述弹性单元K（3-3）由多个不同刚度系数的螺纹弹簧并联组成。弹性单元K（3-3）由多个不同刚度系数的螺纹弹簧并联组成，根据飞机飞行时实际空域气流情况可以通过增加或减少并联弹簧的数量调整弹性单元K（3-3）的刚度系数。

其中，所述襟翼伸缩装置包括襟翼伸缩面上翼面5-1、上翼面滑动铰链5-2、上翼面滑块5-3、襟翼伸缩面下翼面5-4和下翼面滑动铰链5-5，所述上翼面滑块5-3安装在机翼上翼面处，上翼面滑块5-3和襟翼伸缩面上翼面5-1一端固定连接，襟翼伸缩面上翼面5-1的另一端和上翼面滑动铰链5-2滑动连接，上翼面滑动铰链5-2和襟翼翼面2-1铰接，所述襟翼伸缩面下翼面5-4一端和机翼下翼面铰接，襟翼伸缩面下翼面5-4的另一端和下翼面滑动铰链5-5滑动连接，下翼面滑动铰链5-5和襟翼翼面2-1铰接。襟翼伸缩面上翼面5-1与机翼上表面翼型相同，保证机翼上表面的气动性能；襟翼翼面2-1与机翼翼面表面有襟翼伸缩装置相连，襟翼伸缩装置在襟翼翼面旋转收起时可以沿机翼表面滑动，保证飞机机翼和襟翼翼面连接处的气动性能。襟翼伸缩装置的作用是改变机翼的升力面积，襟翼翼面向下偏转时（即初始状态），襟翼伸缩装置伸出，增加升力面积；当襟翼翼面向上偏转时（即最终状态），襟翼伸缩装置缩回至机翼中，减小升力面积以降低阻力。

其中，所述齿条1-1、恒力弹簧2-2、偏转齿轮2-4、襟翼主滑块3-1、油气弹簧3-2和弹性单元K（3-3）和共同控制襟翼翼面2-1的偏转角度。

其中，所述偏转齿轮2-4分度圆直径决定襟翼翼面2-1旋转角度和襟翼翼面2-1沿襟翼主滑块2-3方向滑动距离的比值。偏转齿轮2-4、控制滑轨2-5和翼面旋转轴4在翼面旋转轴4的旋转作用下沿襟翼主滑块2-3滑动方向进行滚动。

其中，所述襟翼翼面2-1由飞机的整体气动要求确定，根据气动设计要求确定翼面旋转轴位置。飞行时，襟翼翼面2-1受到气流作用，作为整个机构的驱动部件。配合襟翼主滑块2-3、偏转齿轮2-4使襟翼翼面2-1沿主支架1固定方向滑动，同时绕翼面旋转轴旋转，完成襟翼的收放动作。本后缘机动襟翼机构可根据不同飞机的气动和结构要求，通过改进各个构件几何形状和尺寸安装至机翼翼根或襟翼整流罩中。

需要说明的是，本发明为基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，使用时，如图1-2所示，本后缘机动襟翼机构的襟翼收放动作是由襟翼翼面有向前缩进和下放角度减小两种动作的合成；本后缘机动襟翼机构的结构的初始位置是襟翼翼面向下偏转一定角度，弹性控制机构在该状态下有一定的预紧力，阻止襟翼翼面向上偏转；预紧力的值由飞机对襟翼收放的气动要求决定，通过调节油气弹簧内气室气压来调节大小。飞机飞行时，襟翼翼面受到气流的作用力，产生向上偏转的运动趋势；当飞行速度达到气动设计中收起襟翼的要求时，襟翼翼面克服弹性控制机构的预紧力，绕襟翼面旋转轴向上收起。同时，与翼面旋转轴和襟翼翼面固连的偏转齿轮也发生旋转，在与之啮合的齿条上滚动；之后带动襟翼主滑块沿主支架指定方向滑动，指定方向为气动设计要求的襟翼收起方向。也带动安装在襟翼主滑块上的襟翼翼面和襟翼偏转轴滑动。本后缘机动襟翼机构中弹性控制机构与襟翼偏转机构的联接方式如图3所示，当襟翼翼面向上偏转时，控制滑轨也会发生偏转，控制滑块将沿控制滑轨沿远离襟翼主滑块的方向滑动。即油气弹簧在襟翼翼面偏转后将有带动控制滑轨上的控制滑块沿控制滑轨向下滑动的运动趋势。同时，连接控制滑块和襟翼主滑块的弹性单元K阻碍控制滑块向下滑动。通过调节油气弹簧气室气压和弹性单元K的刚度系数，可以控制襟翼翼面偏转过程中油气弹簧作用力与襟翼主滑块滑动方向夹角的变化曲线；随着飞行速度的增加，襟翼翼面继续向上偏转，襟翼主滑块继续按指定方向滑动，最终襟翼完成收起动作。气流作用襟翼翼面向上偏转，带动偏转齿轮在齿条上滚动，推动襟翼主滑块沿收起方向滑动，油气弹簧阻碍滑动，产生的阻碍力与滑动距离成正比，同时，油气弹簧带动控制滑块向远离襟翼主滑块方向滑动，使油气弹簧作用力方向与襟翼主滑块滑动方向产生夹角，夹角的增大会使油气弹簧阻碍襟翼主滑块滑动的作用减小。因此，随着飞行速度的增加，襟翼翼面可以按照气动要求收起，控制襟翼收起的弹性控制力为非线性增大。襟翼收起角度与控制力的曲线可通过调节油气弹簧、气室气压和弹性单元K的刚度来调节。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，主要包括主支架(1)、齿条(1-1)、弹性控制机构固定架(1-2)、襟翼偏转机构、弹性控制机构和襟翼伸缩装置，所述襟翼偏转机构包括襟翼翼面(2-1)、恒力弹簧(2-2)、偏转轴(2-3)和偏转齿轮(2-4)，所述弹性控制机构包括襟翼主滑块(3-1)、油气弹簧(3-2)和弹性单元K(3-3)；其特征在于：机翼上安装有主支架(1)和襟翼伸缩装置，所述主支架(1)上安装有襟翼偏转机构和弹性控制机构，襟翼偏转机构和弹性控制机构铰接；所述主支架(1)上固定安装有齿条(1-1)，所述偏转齿轮(2-4)和齿条(1-1)相啮合设置，偏转齿轮(2-4)和偏转轴(2-3)一端固定连接，偏转轴(2-3)的另一端和翼面旋转轴(4)固定连接，翼面旋转轴(4)和襟翼翼面(2-1)固定连接，所述恒力弹簧(2-2)一端固定于翼面旋转轴(4)上，恒力弹簧(2-2)的另一端固定于襟翼翼面(2-1)上，所述翼面旋转轴(4)和襟翼主滑块(3-1)转动连接，襟翼主滑块(3-1)一侧和油气弹簧(3-2)一端固定连接，油气弹簧(3-2)的另一端和主支架(1)固定连接，所述襟翼主滑块(3-1)和弹性单元K(3-3)一端铰接，弹性单元K(3-3)的另一端和弹性控制机构固定架(1-2)铰接，弹性控制机构固定架(1-2)固定于主支架(1)上。

2.根据权利要求1所述的基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，其特征在于：所述油气弹簧(3-2)采用单气室油气分隔式油气弹簧，所述油气弹簧(3-2)包括作动筒(3-21)、阻尼阀(3-22)、气-油活塞(3-23)、油气弹簧气室(3-24)、固定件(3-25)、气阀(3-26)、固定端安装孔(3-27)、活动端安装孔(3-28)和阻尼筒(3-29)；所述固定件(3-25)左端分别连接作动筒(3-21)和阻尼筒(3-29)，所述固定件(3-25)内部开有通孔分别连通作动筒(3-21)和阻尼筒(3-29)，所述阻尼阀(3-22)位于作动筒(3-21)内部安装于固定件(3-25)上通孔的一端，所述作动筒(3-21)内设有作动杆，作动杆右端通过活塞和作动筒(3-21)滑动连接，作动杆的左端贯穿作动筒(3-21)的左端盖设置，作动杆的左端部设有活动端安装孔(3-28)，所述阻尼筒(3-29)内部设有气-油活塞(3-23)，气-油活塞(3-23)左侧为充有氮气的油气弹簧气室(3-24)，气-油活塞(3-23)右侧和作动筒(3-21)内活塞右侧分别充有阻尼油，所述阻尼筒(3-29)的左端盖安装有气阀(3-26)，所述固定件(3-25)右侧设有安装杆，安装杆右端设有固定端安装孔(3-27)，所述固定端安装孔(3-27)和襟翼主滑块(3-1)固定连接，所述活动端安装孔(3-28)和主支架(1)固定连接。

3.根据权利要求1所述的基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，其特征在于：所述弹性单元K(3-3)由多个不同刚度系数的螺纹弹簧并联组成。

4.根据权利要求1所述的基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，其特征在于：所述襟翼伸缩装置包括襟翼伸缩面上翼面(5-1)、上翼面滑动铰链(5-2)、上翼面滑块(5-3)、襟翼伸缩面下翼面(5-4)和下翼面滑动铰链(5-5)，所述上翼面滑块(5-3)安装在机翼上翼面处，上翼面滑块(5-3)和襟翼伸缩面上翼面(5-1)一端固定连接，襟翼伸缩面上翼面(5-1)的另一端和上翼面滑动铰链(5-2)滑动连接，上翼面滑动铰链(5-2)和襟翼翼面(2-1)铰接，所述襟翼伸缩面下翼面(5-4)一端和机翼下翼面铰接，襟翼伸缩面下翼面(5-4)的另一端和下翼面滑动铰链(5-5)滑动连接，下翼面滑动铰链(5-5)和襟翼翼面(2-1)铰接。

5.根据权利要求1所述的基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，其特征在于：所述齿条(1-1)、恒力弹簧(2-2)、偏转齿轮(2-4)、襟翼主滑块(3-1)、油气弹簧(3-2)和弹性单元K(3-3)和共同控制襟翼翼面(2-1)的偏转角度。

6.根据权利要求1所述的基于油气弹簧的自适应后缘机动襟翼机构，其特征在于：所述偏转齿轮(2-4)分度圆直径决定襟翼翼面(2-1)旋转角度和襟翼翼面(2-1)沿襟翼主滑块(2-3)方向滑动距离的比值。