CN110406656A - 控制表面致动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于使控制表面相对于飞行器的固定翼型件部分移动的控制表面致动机构。控制表面致动机构包括：铰接支承件，滑动构件，该滑动构件位于铰接支承件上并且联接至控制表面，滑动构件布置成相对于铰接支承件滑动；轨道，该轨道具有用于附接在固定翼型件部分上的路径；以及刚性连接元件，该刚性连接元件连接至第一轨道并且连接至滑动构件。第一刚性连接元件的第一端部构造成随着滑动构件被致动器驱动以相对于铰接支承件滑动而沿着路径被动地移动。

Description

控制表面致动机构

技术领域

本发明涉及一种用于使控制表面相对于飞行器的固定翼型件部分移动的控制表面致动机构。

背景技术

控制表面致动机构可以使用多个凸轮以实现所需的控制表面的各种偏转。这些机构可能是复杂、笨重的、需要长的制造前置时间并且由于延伸到气流中而增大了阻力。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于使控制表面相对于飞行器的固定翼型件部分移动的控制表面致动机构，该控制表面致动机构包括：铰接支承件，该铰接支承件用于绕大致展向枢转轴线枢转联接至固定翼型件部分；滑动构件，该滑动构件具有安装在铰接支承件上的近端端部，并且具有用于联接至控制表面的远端部，滑动构件布置成相对于铰接支承件沿着大致弦向轴线滑动；第一轨道，该第一轨道用于附接在固定翼型件部分上并限定第一路径；以及第一刚性连接元件，该第一刚性连接元件在第一端部处连接至第一轨道并且在第二端部处连接至滑动构件，其中，第一刚性连接元件的第一端部构造成随着滑动构件被致动器驱动以相对于铰接支承件滑动而沿着第一路径被动地移动。

本发明的另一方面提供了一种飞行器的翼型件，该翼型件包括固定翼型件部分、控制表面和第一方面的致动机构。

本发明的优点在于，能够用比以前更少的部件更简单地控制控制表面的平移和/或旋转。相对于铰接支承件驱动滑动构件引起控制表面的平移，而轨道的路径能够通过使用刚性连接元件使铰接支承件旋转来引起控制表面的旋转。轨道的路径能够定制成给出特定的控制表面响应，使得能够在展开的所有阶段对控制表面的平移和旋转的程度进行控制。

此处，术语“大致展向”是指在小的角度差内的大致沿展向方向的方向。

此处，术语“大致弦向”是指在小的角度差内的大致沿弦向方向的方向。

此处使用的术语“刚性连接元件”是指具有固定长度的连接元件，即该连接元件是基本上不可伸长的。

第一刚性连接元件可以在第一端部处枢转地连接至第一轨道。尽管第一刚性连接元件能够沿着第一轨道移动，但是第一刚性连接元件也可以相对于第一轨道在沿着第一轨道的任何点处枢转。这可以在轨道的路径具有非线性部分时协助第一刚性连接元件的第一端部沿着轨道移动，因此第一刚性连接元件相对于轨道的局部路径的角度能够改变。

第一刚性连接元件可以在第二端部处枢转地连接至滑动构件。

第一路径可以具有非线性部分。

第一路径的非线性部分可以允许滑动构件的平移的相对速率和铰接支承件的旋转的相对速率随着滑动构件移动而改变。然后，这能够在控制表面展开的不同阶段/状态下改变控制表面的平移和旋转的程度。

铰接支承件可以构造成响应于第一刚性连接元件的第一端部沿着第一轨道的运动而绕展向枢转轴线旋转。

这可以提供由第一轨道的路径确定的铰接支承件的被动旋转，使得控制表面在展开的任何阶段/状态下的旋转和平移两者都能够通过第一刚性连接元件的第一端部沿着第一轨道的路径的位置预先确定。

控制表面可以随着滑动件平移而相对于铰接支承件平移。

这可以允许控制表面相对于飞行器的固定翼型件部分平移，以改变机翼的空气动力学轮廓。

控制表面致动机构可以包括第二刚性连接元件，该第二刚性连接元件可以在第一端部处连接至滑动构件并且可以在第二端部处连接至限定第二路径的第二轨道，其中，第二刚性连接元件的第二端部可以构造成沿着第二路径移动。

控制表面致动机构可以包括第三刚性连接元件，其中，第三刚性连接元件引起控制表面相对于铰接支承件的旋转。

这可以提供控制表面的相对于由第一轨道和铰接支承件提供的旋转的额外旋转，以实现较大的偏转。

第三刚性连接元件的第二端部可以与第二刚性连接元件的第二端部重合。

第二刚性连接元件和第三刚性连接元件两者都可以从两个刚性连接元件之间的该重合点被驱动。

第三刚性连接元件可以连接至限定第三路径的第三轨道。

引起控制表面相对于铰接支承件的旋转的第三刚性连接元件可以根据第三轨道的路径使第三刚性连接元件的运动改变。

第三刚性连接元件的第一端部可以连接至第二滑动构件，该第二滑动构件具有安装在铰接支承件上的近端端部并且具有用于联接至控制表面的远端端部，滑动构件可以布置成沿着大致弦向轴线相对于铰接支承件滑动。

两个滑动构件的相对位置可以对控制表面致动提供额外的控制。

铰接支承件可以提供翼型件的空气动力学外表面。

这具有以下优点：铰接支承件能够形成补偿控制表面的展开并减小阻力的可移动的空气动力学表面。

固定翼型件部分可以具有后翼梁和尾肋，并且第一轨道可以位于尾肋上。

此处，使用术语“翼梁”来指代沿着翼型件大致展向地延伸的任何主要支撑结构。此处，使用术语“肋”来指代翼型件的大致弦向延伸的结构构件。“尾”是指朝向飞行器的后部或尾部的位置，使得尾肋是通常较靠近飞行器尾部的肋。

致动器可以是线性致动器。线性致动器可以布置成具有平行于后翼梁移动的输出件。替代性地，可以使用旋转致动器类型或适用于驱动铰接机构的任何其他致动器类型。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是飞行器的平面图；

图2是右舷飞行器机翼的平面图；

图3a示出了处于未展开或缩回状态的控制表面致动机构的立体图；

图3b示出了处于未展开或缩回状态的控制表面致动机构的侧视图；

图4a示出了处于展开的第二状态的图3a至图3b的控制表面致动机构的立体图；

图4b示出了处于展开的第二状态的图3a至图3b的控制表面致动机构的侧视图；

图5a示出了处于展开的第三状态的图3a至图3b的控制表面致动机构的立体图；以及

图5b示出了处于展开的第三状态的图3a至图3b的控制表面致动机构的侧视图。

具体实施方式

图1示出了具有承载有机翼安装的发动机9的左弦机翼2和右舷机翼3的典型固定翼飞行器1，机翼2、3从机身4延伸。机身具有头部5和尾部6，其中，尾部6附近具有水平稳定表面7和竖向稳定表面8。机翼的梢部包括翼梢装置10。飞行器1是典型的喷气式客运飞行器，但是本发明适用于各种各样的固定翼飞行器类型，包括商用、军用、客运、货运、喷气式、螺旋桨式、通用航空等，其中，任意数量的发动机附接至机翼或机身。

飞行器1的每个机翼2、3具有长度沿展向方向从根部延伸至梢部的悬臂结构，根部连接至飞行器机身4。机翼2、3在结构上是类似的，因此将仅参照图2对右舷机翼3进行详细描述。

机翼3具有多个飞行控制表面。与机翼3的前缘相邻的是沿着机翼3的翼展分布的缝翼12，在机翼的后缘的外侧部段上设置有副翼13，并且横跨机翼3的上表面朝向后缘设置有空气制动器/扰流器14。

机翼3的后缘具有与机翼根部相邻的内侧襟翼15以及在内侧襟翼的外侧朝向副翼13的外侧襟翼15。值得注意的是，由于下面将详细描述的襟翼致动机构，襟翼15优选地不具有位于机翼3的下侧部上的关联的襟翼导轨整流罩(flap track fairing)。这改善了飞行器的空气动力学性能。

虽然飞行器1被示出为具有特定数量和构型的控制表面，但是将理解的是，机翼2、3可以包括不同数量和/或布置结构的控制表面。

图3至图5中详细示出了控制表面致动机构。该机构特别适合作为用于襟翼的致动机构，但是将理解的是，该机构可以适用于不同的控制表面，比如飞行器的副翼、襟副翼、扰流器、升降舵或缝翼或其他控制表面。

在图3a至图3b中，可移动飞行控制表面15被示出为处于中立位置，也就是说飞行控制表面15是缩回的并且未被致动至展开位置，并且处于飞行控制表面15的零度位置。

该机构包括通过枢转连接件附接至三个尾肋20(仅示出了中央尾肋20)的铰接支承件30，其中，尾肋20附接至后翼梁25，并且形成机翼3的固定翼型件部分的一部分。枢转连接件包括附接至铰接支承件30的铰链支架32和配装在尾肋20中的孔中的铰链杆或铰链销33，使得铰接支承件30能够相对于固定翼型件部分旋转。在中央尾肋20上的铰链杆33被示出为是中空的，使得线性致动器50的驱动轴51可以配装在铰链杆33内。

滑动构件40构造成在铰接支承件30上滑动。铰接支承件30包括沿大致弦向方向导引滑动构件40的通道36。使用刚性控制连杆46将滑动构件40在一个端部处附接至控制表面15。控制表面15、铰接支承件30与滑动构件40之间的互相连接意味着滑动构件40的任何平移引起控制表面的平移，并且铰接支承件30的任何旋转引起控制表面15相对于固定翼型件部分的旋转。

刚性连接元件42将滑动构件40连接至中央尾肋20上的轨道48。刚性连接元件42的第一端部接合轨道48并且能够沿着轨道48移动。刚性连接元件42的第二端部在滑动构件40上的固定点处连接至滑动构件40。

刚性连接元件42的第一端部构造成关于轨道48枢转，并且使得刚性连接元件42的第一端部能够沿着轨道48移动(平移)。

滑动构件40由致动器50驱动，致动器50经由第二刚性连接元件44和刚性致动器连杆52附接至滑动构件40。第二刚性连接元件44在第一端部处连接至滑动构件40，并且在第二端部处连接至接合第二轨道58的从动件59。刚性致动器连杆52的第一端部也联接至从动件59，使得刚性致动器连杆52的第一端部与第二刚性连接元件44的第二端部重合。刚性致动器连杆52直接连接至致动器50。

第二滑动构件60与第一滑动构件40相邻并且构造成在铰接支承件30上平行于第一滑动构件40滑动。使用第二刚性控制连杆66将第二滑动构件60在一个端部处附接至控制表面15。第二滑动构件60在铰接支承件30上的第二通道(未示出)中移动，使得第二滑动构件60相对于铰接支承件30沿大致弦向方向移动。

第二滑动构件60由致动器50通过第三刚性连接元件62、刚性轨道连杆64和致动器连杆52驱动。第二滑动构件60附接至刚性轨道连杆64的第一端部，同时刚性轨道连杆64的第二端部连接至第二从动件69。第二从动件69接合第三轨道68，并且第二从动件69还在刚性轨道连杆64的第二端部与第三刚性连接元件62的第一端部之间形成联接。第三刚性连接元件62的第二端部联接至第二轨道58上的第一从动件59，并且因此第三刚性连接元件62的第二端部与连接器52的第一端部以及第二刚性连接元件44的第二端部重合。

将第一滑动构件40附接至控制表面15的第一控制连杆46和将第二滑动构件60附接至控制表面15的第二控制连杆66两者都在控制表面的不同弦向位置处附接至控制表面15，使得一个滑动控制连杆46、66相对于另一个滑动控制连杆的平移引起控制表面15相对于固定翼型件部分和相对于铰接支承件30两者的旋转。在这一实施方式中，第二控制连杆靠近控制表面前缘附接，并且第一控制连杆在第二控制连杆66的连接的后方朝向控制表面中弦位置附接至控制表面15，尽管将清楚的是，可以以不同的方式布置第一控制连杆和第二控制连杆，使得例如第二控制连杆66在第一控制连杆46的后方附接至控制表面15。

现在将参照图3至图5描述使用致动机构进行的控制表面的致动。

致动器50在图3中被示出为处于对应于其最小展开状态的第一位置，使得可移动飞行控制表面15被示出为处于可移动飞行控制表面15的零度位置或中立位置。当致动器50被启用时，致动器50能够沿着驱动轴51朝向图4a至图4b中所示的第二位置行进。

当致动器50朝向该第二位置移动时，致动器50沿着第二轨道58驱动第一从动件59，从而使第一滑动构件40和第二滑动构件60相对于铰接支承件30平移。

第一滑动构件40通过第二刚性连接元件44连接至第二轨道58，使得第一滑动构件40的平移由第二轨道58的路径确定。

第二滑动构件60经由第三轨道68连接至第二轨道58，使得第二滑动构件60能够相对于第一滑动构件40平移。第一滑动构件40与第二滑动构件60之间的平移的差异由第三轨道68的路径确定。

第一滑动构件40与第二滑动构件60之间的平移的这种差异引起控制表面15相对于铰接支承件30的旋转，这是由于在不同弦向位置处附接至控制表面15的两个控制连杆46、66的合力矩臂引起的。

当第一滑动构件40平移时，第一刚性连接元件42的第一端部沿着第一轨道48被动地移动。如图3和图4中分别所示，第一轨道48的在第一刚性连接元件的第一端部的第一位置与第二位置之间的部段是线性的并且平行于铰接支承件30，使得第一刚性连接元件与第一轨道之间不存在反作用力。

图4a至图4b中的控制表面15被示出为处于展开状态(或第二状态)，在展开状态，控制表面相对于图3a至图3b中所示的未展开(缩回)状态旋转了约15度。已经通过两个滑动构件40、60的不同的各自的平移使控制表面旋转，并且还通过第一滑动构件40的平移使控制表面向后平移。

图5a至图5b示出了相对于图3a至图3b中所示的未展开(缩回)状态旋转约27度并且相对于图4a至图4b中所示的第二状态旋转12度的处于第三状态的控制表面。

图5a至图5b中的致动器50被示出为位于沿着驱动轴51的第三位置处。致动机构在致动器50在第二位置与第三位置之间行进时的操作与先前关于致动器50在第一位置与第二位置之间运动所描述的操作基本上相同，除了由第一连接元件42的第一端部行进的第一轨道的部分包括非线性部分。

当第一滑动构件40沿着通道36平移时，第一刚性连接元件42的第一端部沿着轨道48的使得轨道48的路径改变方向的非线性部段移动。由于轨道48的形状，第一轨道48与第一滑动构件40之间的距离减小。然而，连接在第一滑动构件40与第一轨道48之间的第一刚性连接元件42具有固定长度，并且因此保持了第一滑动构件40与第一刚性连接元件42的第一端部之间的距离。这导致产生抵抗第一轨道48的反作用力，该反作用力压靠第一滑动构件40并使铰接支承件30绕铰接支承件30的展向枢转轴线旋转。

铰接支承件30通过滑动构件40至控制表面15的联接导致控制表面15响应于铰接支承件30的旋转的往复旋转。这意味着第一滑动构件40通过相对于铰接支承件30滑动向控制表面15提供平移，并且铰接支承件30的旋转提供控制表面15的旋转。铰接支承件30的旋转由第一轨道48的路径控制。能够通过第二滑动构件60相对于第一滑动构件40滑动来提供控制表面15的额外旋转。

致动机构因此能够在不大量使用凸轮和凸轮系统的情况下使用单个致动器50来控制控制表面15的平移和/或旋转，使得制造前置时间、重量和体积都能够被减小。

通过采用上述致动机构，比如图3至图5中所示的致动机构，能够显著减小传统上与襟翼致动机构相关联的襟翼导轨整流罩的尺寸或者甚至消除传统上与襟翼致动机构相关联的襟翼导轨整流罩。在这种情况下，铰接支承件可以提供机翼的外部空气动力学表面的一部分。

第一轨道48的路径被示出为具有在非线性部分两侧的两个基本上线性的区域，这两个基本上线性的区域提供控制表面15的平移和旋转。轨道48的路径可以提供较多的非线性区域使得基本上全部路径都是非线性的，或者可以不提供非线性区域使得路径是基本上线性的。可以改变轨道48的路径以在控制表面展开的不同阶段/状态下提供纯平移或纯旋转或平移和旋转的组合。轨道48的路径被示出为由于控制表面的向下偏转/旋转而向机翼2、3的翼型件部段提供正弧度改变。替代性地，轨道48的路径可以适于通过控制表面15的向上偏转/旋转来提供负弧度。

第二轨道48和第三轨道68被示出为具有线性路径。替代性地，第二轨道48和第三轨道68可以具有非线性路径以控制附接有第二轨道48和第三轨道68的相应的连接元件的运动。例如，第三轨道68可以具有能够增大或减小第二滑动构件60相对于第一滑动构件的平移以使得控制表面15的旋转速率增大或减小的非线性路径。

尾肋20上的第一轨道48可以替代性地是尾肋20中的贯通槽，使得第一刚性连接元件42能够从尾肋20的任一侧连接或通过两侧连接。轨道48可以替代性地定位在固定翼型件部段或固定支承结构的任何其他适当的部分上。

滑动构件40、60由通道36导引，然而滑动构件可以由任何合适的替代件导引。例如，第一滑动构件40可以替代性地由第一刚性连接元件42经由第一轨道48导引。

将理解的是，铰接支承件30上的枢转连接件可以是任何合适的机构，以提供从固定翼型件部段绕大致展向轴线的旋转。例如，枢转连接件可以是在铰接支承件30与后翼梁25之间连接的对接铰链。

致动机构可以不包括独立于第一滑动构件40滑动的第二滑动构件60，使得控制表面15的旋转和/或平移仅由第一滑动构件40的相应的运动和铰接支承件30的相应的旋转提供。替代性地，可以通过使第一控制连杆46或第二控制连杆66中的一者伸缩来提供进一步的旋转。

致动器50被示出为线性致动器。替代性地，该机构能够适于使用旋转致动器、链致动器或技术人员已知的其他类似类型的致动器。致动器50可以由任何合适的装置提供动力，比如由液压、气动或电力装置提供动力。

在一些实施方式中，滑动构件40、60可以不由致动器通过第二轨道58和第三轨道68驱动。替代性地，滑动构件40、60可以由一个或更多个致动器50直接驱动。

在词“或”出现时，其应当被解释为意味着“和/或”，使得所涉及的术语不一定是相互排斥的，并且可以以任何适当的组合使用所涉及的术语。

尽管以上已经参照一个或更多个优选实施方式描述了本发明，但是将理解的是，在不背离如所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以做出各种改变或修改。

Claims (15)

1.一种用于使控制表面相对于飞行器的固定翼型件部分移动的控制表面致动机构，所述控制表面致动机构包括：

铰接支承件，所述铰接支承件用于绕大致展向枢转轴线枢转联接至所述固定翼型件部分；

滑动构件，所述滑动构件具有安装在所述铰接支承件上的近端端部，并且具有用于联接至所述控制表面的远端端部，所述滑动构件布置成相对于所述铰接支承件沿着大致弦向轴线滑动；

第一轨道，所述第一轨道用于附接在所述固定翼型件部分上并限定第一路径；以及

第一刚性连接元件，所述第一刚性连接元件在第一端部处连接至所述第一轨道并且在第二端部处连接至所述滑动构件，

其中，所述第一刚性连接元件的第一端部构造成随着所述滑动构件被致动器驱动以相对于所述铰接支承件滑动而沿着所述第一路径被动地移动。

2.根据权利要求1所述的控制表面致动机构，其中，所述第一刚性连接元件在第一端部处枢转地连接至所述第一轨道。

3.根据任一前述权利要求所述的控制表面致动机构，其中，所述第一刚性连接元件在第二端部处枢转地连接至所述滑动构件。

4.根据任一前述权利要求所述的控制表面致动机构，其中，所述第一路径具有非线性部分。

5.根据任一前述权利要求所述的控制表面致动机构，其中，所述铰接支承件构造成响应于所述第一刚性连接元件的第一端部沿着所述第一轨道的运动而绕所述展向枢转轴线旋转。

6.根据任一前述权利要求所述的控制表面致动机构，其中，所述控制表面随着所述滑动件平移而相对于所述铰接支承件平移。

7.根据任一前述权利要求所述的控制表面致动机构，包括第二刚性连接元件，所述第二刚性连接元件在第一端部处连接至所述滑动构件并且在第二端部处连接至限定第二路径的第二轨道，其中，所述第二刚性连接元件的第二端部构造成沿着所述第二路径移动。

8.根据任一前述权利要求所述的控制表面致动机构，包括第三刚性连接元件，其中，所述第三刚性连接元件引起所述控制表面相对于所述铰接支承件的旋转。

9.根据权利要求7和8所述的控制表面致动机构，其中，所述第三刚性连接元件的第二端部与所述第二刚性连接元件的第二端部重合。

10.根据权利要求8至9中的任一项所述的控制表面致动机构，其中，所述第三刚性连接元件连接至限定第三路径的第三轨道。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的控制表面致动机构，其中，所述第三刚性连接元件的第一端部连接至第二滑动构件，所述第二滑动构件具有安装在所述铰接支承件上的近端端部并且具有用于联接至所述控制表面的远端端部，所述滑动构件布置成相对于所述铰接支承件沿着大致弦向轴线滑动。

12.一种飞行器的翼型件，包括固定翼型件部分、控制表面和任一前述权利要求所述的致动机构。

13.根据权利要求12所述的飞行器的翼型件，其中，所述铰接支承件提供所述翼型件的空气动力学外表面。

14.根据权利要求12至13所述的飞行器的翼型件，其中，所述固定翼型件部分具有后翼梁和尾肋，并且所述第一轨道位于所述尾肋上。

15.根据权利要求14所述的飞行器的翼型件，其中，所述致动器是平行于所述后翼梁移动的线性致动器。