CN109703741B

CN109703741B - 一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼及飞行器

Info

Publication number: CN109703741B
Application number: CN201910080232.5A
Authority: CN
Inventors: 罗自荣; 尚建忠; 云忠; 陈龙; 张成春; 王宝财; 夏明海
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: CN109703741A

Abstract

本发明公开了一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，包括机身连接驱动模块、机翼本体和基于Sarrus结构的折叠连接装置，所述机翼本体包括内翼、中翼以及外翼，所述折叠连接装置一端和机身连接驱动模块相连、另一端和外翼相连，分别布置在折叠连接装置上。本发明实现了可折叠的三段式变体机翼，且基于Sarrus结构实现折叠，内翼与中翼可实现三角折叠，同时外翼整体与机体保持水平，在翼展方向实现平动，较好的压缩了变体机翼的整体空间，并一定程度上提高了整体的稳定性，且能够用于跨介质航行器，可根据实际需求对机翼的形状进行灵活改变。

Description

一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼及飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器机翼，具体涉及一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼及飞行器。

背景技术

为改变传统航行器单一的作业环境和工作性能，充分利用空中飞行器的高速高机动性以及水中潜行器的良好隐蔽性，世界各国的航空研究人员致力于研究出具有水空两栖高适应性的跨介质航行器。按照工作方式和介质交互运动形态的不同，将水空两栖跨介质航行器分为水上无人机、潜射无人机和潜水无人机三类。由于水的密度是空气的800多倍，粘性系数是空气的59倍，飞行器与潜行器的外形有着比较大的差异，比较好的一种解决办法就是对航行器的外形采用变体方案。

Sarrus机构是一种只有一个自由度的机械结构，可以通过自身机构中各个杆件的相互作用，将输入端的旋转运动转变为直线运动。其具有简单可靠、承载能力强的优点，作为一个功能独特的空间机构正在慢慢受到人们的重视和应用。

目前应用在水空两栖跨介质飞行器上的变体结构形式包括横向折叠机翼、变后掠角机翼和仿生扑翼式两栖驱动翼等。由于水体和空气巨大的物理性质差异，使得飞行器溅落入水时运动介质的突变会产生较大冲击力，对跨介质航行器的结构强度要求很高，而后掠翼飞行器后掠角的大幅改变又容易造成气动中心的变化，对飞行稳定性造成不良影响，因此设计一款高强度性的横向折叠变体航行器，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼及飞行器，本发明实现了可折叠的三段式变体机翼，且基于Sarrus结构实现折叠，内翼与中翼可实现三角折叠，同时外翼整体与机体保持水平，在翼展方向实现平动，较好的压缩了变体机翼的整体空间，并一定程度上提高了整体的稳定性，且能够用于跨介质航行器，可根据实际需求对机翼的形状进行灵活改变。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，包括机身连接驱动模块、机翼本体和基于Sarrus结构的折叠连接装置，所述机翼本体包括内翼、中翼以及外翼，所述折叠连接装置一端和机身连接驱动模块相连、另一端和外翼相连，所述内翼、中翼分别安装在折叠连接装置上。

可选地，所述折叠连接装置包括连接块、两根第一骨架和两根第二骨架，两根第一骨架和两根第二骨架铰接布置在机身连接驱动模块、连接块两者之间形成四边形结构，两根第一骨架铰接布置在第一平面上，两根第二骨架铰接布置在第二平面上，所述机身连接驱动模块和一根第一骨架的端部铰接连接。

可选地，所述第一平面、第二平面之间相互垂直。

可选地，和机身连接驱动模块铰接连接的第一骨架、另一根第一骨架、连接块三者中任意相邻两者之间均通过纵向铰链铰接，所述机身连接驱动模块、一根第二骨架、另一根第二骨架、连接块中任意相邻两者之间均通过横向铰链铰接，所述纵向铰链、横向铰链的转轴轴线方向相互垂直，所述内翼安装在一个第一骨架上，所述中翼安装在另一个第一骨架上。

可选地，所述第一骨架由相互连接的方管和方管夹构成，且两根第一骨架的方管夹之间通过纵向铰链铰接。

可选地，所述第二骨架包括圆管和两根圆管夹，所述圆管的两端各连接一根圆管夹，两根第二骨架的圆管夹之间通过横向铰链铰接，且一根第二骨架的圆管夹和连接块之间通过横向铰链铰接、另一根第二骨架的圆管夹和机身连接驱动模块之间通过横向铰链铰接。

可选地，所述内翼、中翼、外翼均包括翼肋及覆盖在翼肋表面上的蒙皮。

可选地，所述机身连接驱动模块包括连接座、驱动舵机和舵机铰链，所述驱动舵机安装在连接座上，所述驱动舵机通过舵机铰链和一根第一骨架的端部活动连接。

可选地，所述舵机铰链包括舵机合页，所述舵机合页上安装固定有堵头，所述堵头上套设有合页条，所述舵机合页和驱动舵机的输出端相连，所述合页条和一根第一骨架的端部固定连接，所述堵头上套设有垫片，所述垫片位于合页条和舵机合页之间。

本发明还提供一种飞行器，包括带有机翼的飞行器本体，所述机翼为前述基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明包括机身连接驱动模块、机翼本体和基于Sarrus结构的折叠连接装置，机翼本体包括内翼、中翼以及外翼，折叠连接装置一端和机身连接驱动模块相连、另一端和外翼相连，内翼、中翼分别安装在折叠连接装置上，基于上述结构实现了可折叠的三段式变体机翼，且基于Sarrus结构实现折叠，内翼与中翼可实现三角折叠，同时外翼整体与机体保持水平，在翼展方向实现平动，较好的压缩了变体机翼的整体空间，并一定程度上提高了整体的稳定性，且能够用于跨介质航行器，可根据实际需求对机翼的形状进行灵活改变。

附图说明

图1为本发明实施例折叠变体机翼在部分展开状态的结构示意图。

图2为本发明实施例折叠变体机翼在完全展开状态的结构示意图。

图3为本发明实施例折叠变体机翼在完全折叠状态（折叠90°）的结构示意图。

图4为本发明实施例中折叠连接装置的结构示意图。

图5为本发明实施例中机身连接驱动模块的结构示意图。

图6为本发明实施例中舵机铰链的立体分解结构示意图。

图7为本发明实施例中翼型的结构示意图。

图例说明：1、机身连接驱动模块；11、连接座；12、驱动舵机；13、舵机铰链；131、舵机合页；132、堵头；133、合页条；134、垫片；2、机翼本体；21、内翼；22、中翼；23、外翼；24、翼肋；25、蒙皮；3、折叠连接装置；31、连接块；32、第一骨架；321、方管；322、方管夹；33、骨架；331、圆管；332、圆管夹；34、纵向铰链；35、横向铰链。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实施例基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼包括机身连接驱动模块1、机翼本体2和基于Sarrus结构的折叠连接装置3，机翼本体2包括内翼21、中翼22以及外翼23，折叠连接装置3一端和机身连接驱动模块1相连、另一端和外翼23相连，内翼21、中翼22分别安装在折叠连接装置3上。其中折叠连接装置3基于Sarrus结构实现折叠，内翼与中翼可实现三角折叠，同时外翼整体与机体保持水平，在翼展方向实现平动，较好的压缩了变体机翼的整体空间，并一定程度上提高了整体的稳定性，且能够用于跨介质航行器，可根据实际需求对机翼的形状进行灵活改变。其中，图1为折叠连接装置3部分展开的状态示意图，图2为折叠连接装置3完全展开的状态示意图，图3为折叠连接装置3折叠至最大角度（90°）两种状态示意图。

如图4所示，折叠连接装置3包括连接块31、两根第一骨架32和两根第二骨架33，两根第一骨架32和两根第二骨架33铰接布置在机身连接驱动模块1、连接块31两者之间形成四边形结构，两根第一骨架32铰接布置在第一平面上，两根第二骨架33铰接布置在第二平面上，机身连接驱动模块1和一根第一骨架32的端部铰接连接。折叠连接装置3依据Sarrus机构原理进行构建，Sarrus机构是一种将有限圆周运动转换为直线运动的自由度为1的机械联动装置。本实施例以此为基础，设计出如图4所示的结构，通过机身连接驱动模块1驱动折叠连接装置3做有限圆周运动，输出端使得连接块31沿着机身方向做直线运动，并使得两组骨架（两根第一骨架32和两根第二骨架33）之间沿竖向做折叠运动，从而完成机翼变体运动。

如图4所示，本实施例中第一平面、第二平面之间相互垂直，使得两组骨架（两根第一骨架32和两根第二骨架33）之间干涉更小，结构更加稳定可靠。

如图4所示，和机身连接驱动模块1铰接连接的第一骨架32、另一根第一骨架32、连接块31三者中任意相邻两者之间均通过纵向铰链34铰接，机身连接驱动模块1、一根第二骨架33、另一根第二骨架33、连接块31中任意相邻两者之间均通过横向铰链35铰接，纵向铰链34、横向铰链35的转轴轴线方向相互垂直，内翼21安装在一个第一骨架32上，中翼22安装在另一个第一骨架32上。

如图4所示，第一骨架32由相互连接的方管321和方管夹322构成，且两根第一骨架32的方管夹322之间通过纵向铰链34铰接。其中，方管321和方管夹322之间通过螺钉或螺栓进行连接，方管夹322和纵向铰链34之间通过螺钉或螺栓进行连接，方管321和机身连接驱动模块1的舵机铰链13之间通过螺钉或螺栓进行连接。本实施例中，方管321采用碳纤维管，具有质量轻、强度高的优点。

如图4所示，第二骨架33包括圆管331和两根圆管夹332，圆管331的两端各连接一根圆管夹332，两根第二骨架33的圆管夹332之间通过横向铰链35铰接，且一根第二骨架33的圆管夹332和连接块31之间通过横向铰链35铰接、另一根第二骨架33的圆管夹332和机身连接驱动模块1之间通过横向铰链35铰接。其中，圆管331的两端和圆管夹332之间通过螺钉或螺栓进行连接，圆管夹332和横向铰链35之间通过螺钉或螺栓进行连接，横向铰链35和连接块31之间通过螺钉或螺栓进行连接。本实施例中，圆管331采用碳纤维管，具有质量轻、强度高的优点。

如图5所示，机身连接驱动模块1包括连接座11、驱动舵机12和舵机铰链13，驱动舵机12安装在连接座11上，驱动舵机12通过舵机铰链13和一根第一骨架33的端部活动连接。连接座11具体采用方形平台结构，便于和机身连接固定；驱动舵机12则通过舵机铰链13来驱动折叠连接装置3进行折叠或展开操作。连接座11、驱动舵机12两者之间通过螺钉连接。

如图6所示，舵机铰链13包括舵机合页131，舵机合页131上安装固定有堵头132，堵头132上套设有合页条133，舵机合页131和驱动舵机12的输出端相连，合页条133和一根第一骨架33的端部固定连接，堵头132上套设有垫片134，垫片134位于合页条133和舵机合页131之间。堵头132与合页条133之间间隙配合，堵头132与舵机合页131之间过盈配合，因此合页条133、舵机合页131之间可以相互转动，舵机铰链13通过舵机合页131与上述驱动舵机12以及第一骨架32螺栓连接，通过合页条133与上述连接座11螺栓连接。

如图7所示，内翼21、中翼22、外翼23均包括翼肋24及覆盖在翼肋24表面上的蒙皮25。由NACA翼型库选取合适翼型制作多段翼肋24，通过蒙皮25将各翼肋包裹而构建机翼外形，使得航行器达到良好的飞行要求。

此外，本实施例还提供一种飞行器，包括带有机翼的飞行器本体，机翼为前述基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，可参见图2和图3。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：包括机身连接驱动模块（1）、机翼本体（2）和基于Sarrus结构的折叠连接装置（3），所述机翼本体（2）包括内翼（21）、中翼（22）以及外翼（23），所述折叠连接装置（3）一端和机身连接驱动模块（1）相连、另一端和外翼（23）相连，所述内翼（21）、中翼（22）分别安装在折叠连接装置（3）上；所述折叠连接装置（3）包括连接块（31）、两根第一骨架（32）和两根第二骨架（33），两根第一骨架（32）和两根第二骨架（33）铰接布置在机身连接驱动模块（1）、连接块（31）两者之间形成四边形结构，两根第一骨架（32）铰接布置在第一平面上，两根第二骨架（33）铰接布置在第二平面上，所述机身连接驱动模块（1）和一根第一骨架（32）的端部铰接连接。

2.根据权利要求1所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：所述第一平面、第二平面之间相互垂直。

3.根据权利要求1所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：和机身连接驱动模块（1）铰接连接的第一骨架（32）、另一根第一骨架（32）、连接块（31）三者中任意相邻两者之间均通过纵向铰链（34）铰接，所述机身连接驱动模块（1）、一根第二骨架（33）、另一根第二骨架（33）、连接块（31）中任意相邻两者之间均通过横向铰链（35）铰接，所述纵向铰链（34）、横向铰链（35）的转轴轴线方向相互垂直，所述内翼（21）安装在一个第一骨架（32）上，所述中翼（22）安装在另一个第一骨架（32）上。

4.根据权利要求1所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：所述第一骨架（32）由相互连接的方管（321）和方管夹（322）构成，且两根第一骨架（32）的方管夹（322）之间通过纵向铰链（34）铰接。

5.根据权利要求1所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：所述第二骨架（33）包括圆管（331）和两根圆管夹（332），所述圆管（331）的两端各连接一根圆管夹（332），两根第二骨架（33）的圆管夹（332）之间通过横向铰链（35）铰接，且一根第二骨架（33）的圆管夹（332）和连接块（31）之间通过横向铰链（35）铰接、另一根第二骨架（33）的圆管夹（332）和机身连接驱动模块（1）之间通过横向铰链（35）铰接。

6.根据权利要求1所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：所述内翼（21）、中翼（22）、外翼（23）均包括翼肋（24）及覆盖在翼肋（24）表面上的蒙皮（25）。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：所述机身连接驱动模块（1）包括连接座（11）、驱动舵机（12）和舵机铰链（13），所述驱动舵机（12）安装在连接座（11）上，所述驱动舵机（12）通过舵机铰链（13）和一根第一骨架（33）的端部活动连接。

8.根据权利要求7所述的基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼，其特征在于：所述舵机铰链（13）包括舵机合页（131），所述舵机合页（131）上安装固定有堵头（132），所述堵头（132）上套设有合页条（133），所述舵机合页（131）和驱动舵机（12）的输出端相连，所述合页条（133）和一根第一骨架（33）的端部固定连接，所述堵头（132）上套设有垫片（134），所述垫片（134）位于合页条（133）和舵机合页（131）之间。

9.一种飞行器，包括带有机翼的飞行器本体，其特征在于：所述机翼为权利要求1～8中任意一项所述基于Sarrus结构驱动的折叠变体机翼。