CN110615089B - 一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，包括滚转喷管和滚转控制调节机构，在小型垂直起降固定翼飞行器的发动机筒体喉道渐缩处，沿发动机筒体径向方向左右对称各安装有一个滚转喷管，所述滚转控制调节机构包括安装于发动机筒体外壁的驱动装置和安装于滚转喷管与发动机筒体连接处内部的阻挡装置，驱动装置驱动阻挡装置调节滚转喷管的气流入口的大小；本发明结构简单精巧，重量轻，滚转喷管可以实现快装快卸，滚转控制调节机构维护可达性高，通过控制舵机，可以在平飞状态和垂直起降状态为飞行器提供部分升力，并实现从垂直起降状态到平飞状态加速过渡段的滚转控制。
Description
技术领域
本发明属于航空飞行器设计技术领域，特别涉及一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构。
背景技术
垂直起降固定翼飞行器既具有旋翼飞行器垂直起降和控制悬停的能力，又具有固定翼飞行器速度快、航程远等优点，是近年来的研究热点。滚转喷管是垂直起降固定翼飞行器的重要部件，可以在平飞状态和垂直起降状态为飞行器提供部分升力，从垂直起降状态到平飞状态加速过渡段为飞行器提供滚转力矩，起到调节姿态的作用。目前大型垂直起降飞行器的滚转喷管一般采用双扇门式喷管口，通过两个作动筒控制两扇门的开合程度，通过调节气流的流量和速度等对飞行器进行控制，因其结构复杂，重量大，不易维护，并不适合小型垂直起降固定翼飞行器。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构。通过控制舵机，可以在平飞状态和垂直起降状态为飞行器提供部分升力，并实现从垂直起降状态到平飞状态加速过渡段的滚转控制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，包括滚转喷管3和滚转控制调节机构4，在小型垂直起降固定翼飞行器的发动机筒体喉道渐缩处，沿发动机筒体2径向方向左右对称各安装有一个滚转喷管3，所述滚转控制调节机构4包括安装于发动机筒体2外壁的驱动装置和安装于滚转喷管3与发动机筒体2连接处内部的阻挡装置，驱动装置驱动阻挡装置调节滚转喷管3的气流入口15的大小。
进一步的，所述滚转喷管3包括滚转喷管筒体5和尾喷管6，所述尾喷管6通过滚转喷管筒体5与发动机筒体2接通，所述滚转喷管筒体5和尾喷管6连接处的横截面为圆形，尾喷管6末端的喷管口14向下，气流自喷管口14喷出，尾喷管6末端的横截面为矩形，圆形到矩形通过收缩段和扩张段平滑过渡。
进一步的，所述滚转控制调节机构4包括舵机安装座7、舵机8、连架杆9、连杆10、圆弧形杆件11、挡板12和旋转轴13，位于发动机筒体2与滚转喷管3连接处的内部设置有一根旋转轴13，旋转轴13上铰接有挡板12，位于发动机筒体2的外壁上通过舵机安装座7安装有舵机8，所述舵机8依次连接连架杆9、连杆10和圆弧形杆件11的一端，圆弧形杆件11的另一端穿入滚转喷管筒体5连接位于滚转喷管筒体5内的挡板12，挡板12绕着旋转轴13旋转，当舵机8驱动挡板12偏转至最外侧时，挡板12与滚转喷管筒体5内壁贴合，挡板12将滚转喷管筒体5的气流入口15闭合起来，气流无法自发动机筒体经滚转喷管筒体5进入尾喷管6，当舵机8驱动挡板12偏转至最内侧时，挡板12将滚转喷管筒体5的气流入口15打开至最大，自发动机筒体经滚转喷管筒体5进入尾喷管6气流流量为最大值。
进一步的，所述连架杆9与连杆10铰接，连杆10与圆弧形杆件11铰接，所述连架杆9是主动杆，圆弧形杆件11和挡板12一体结构是从动杆，所述圆弧形杆件11的横截面为矩形，位于发动机筒体2与滚转喷管3连接处内通过螺栓和螺母固定一根旋转轴13，挡板12通过挡板12末端的圆孔铰接于旋转轴13上，使挡板12以旋转轴13为轴旋转。
进一步的，所述圆弧形杆件11与旋转轴13之间的距离为固定值，即圆弧形杆件11的圆弧半径长度，在滚转喷管筒体5的表面设有开口，使圆弧形杆件11恰好通过开口穿过滚转喷管筒体5运动。
进一步的，所述发动机筒体2的端部设置有主涵道风扇和主电机动力子系统1。
进一步的，开启主涵道风扇和主电机动力子系统1引气，驱动舵机8带动连架杆9，从而带动挡板12绕旋转轴13旋转，通过控制挡板12的开合程度，从而控制进入滚转喷管3的气流流量。
进一步的，所述滚转喷管3和滚转控制调节机构4通过3D打印加工方式加工而成，减少了结构重量。
进一步的，所述挡板12具有35度的偏转范围，当挡板12偏转至最外侧与滚转喷管筒体5内壁体贴合时，定义此时的挡板状态偏转0度，当挡板12偏转至最内侧时，即相对于偏转0度为35度时，进入滚转喷管的气流流量为最大值，定义此时的挡板状态偏转35度，当舵机驱动左右两侧的挡板分别偏转17.5度时，定义此时的挡板状态处于基准状态，在基准状态下，挡板能够向内、向外各偏转17.5度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、滚转喷管结构简单、重量轻，可以实现快装快卸。
2、在滚转喷管筒体的后表面设计开口，便于滚转控制调节机构的安装和拆卸，维护可达性高。
3、连架杆、连杆、圆弧形杆件和挡板一体结构，与发动机筒体构成铰链四杆机构，结构简单精巧，驱动舵机带动连架杆，从而带动挡板绕旋转轴旋转，通过控制挡板的开合程度，从而控制进入滚转喷管的气流流量。
4、滚转控制调节机构的挡板具有35度的偏转范围，当滚转控制调节机构的挡板处于基准状态时，可以向内、外各偏转17.5度。
5、通过控制舵机，可以在平飞状态和垂直起降状态为飞行器提供部分升力，并实现从垂直起降状态到平飞状态加速过渡段的滚转控制。
6、进行滚转控制时，流向发动机筒体后方的气流流量与基准状态相比不发生改变。
附图说明
图1为本发明在某小型垂直起降固定翼飞行器中的整体结构示意图；
图2为本发明对称平面右侧的结构示意俯视图；
图3为本发明中挡板处于基准状态时的示意图；
图4为本发明在飞行器左滚转时的示意图；
图5为本发明在飞行器右滚转时的示意图；
其中：1-主涵道风扇和主电机动力子系统，2-发动机筒体，3-滚转喷管，4-滚转控制调节机构，5-滚转喷管筒体，6-尾喷管，7-舵机安装座，8-舵机，9-连架杆，10-连杆，11-圆弧形杆件，12-挡板，13-旋转轴，14-喷管口，15-气流入口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-2所示，一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，包括滚转喷管3和滚转控制调节机构4，在小型垂直起降固定翼飞行器的发动机筒体喉道渐缩处，沿发动机筒体2径向方向左右对称各安装有一个滚转喷管3，所述滚转控制调节机构4包括安装于发动机筒体2外壁的驱动装置和安装于滚转喷管3与发动机筒体2连接处内部的阻挡装置，驱动装置驱动阻挡装置调节滚转喷管3的气流入口15的大小。实质上，驱动装置包括舵机8，阻挡装置包括挡板12，舵机8位于发动机筒体2外壁驱动位于发动机筒体2内的挡板12运动，从而通过挡板12调节滚转喷管3的气流入口15的大小。所述滚转喷管3和滚转控制调节机构4通过3D打印加工方式加工而成，减少了结构重量。
具体地讲：本发明适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构包含滚转喷管3和滚转控制调节机构4。在小型垂直起降固定翼飞行器的发动机筒体2喉道渐缩处，滚转喷管3沿发动机筒体2径向方向左右对称安装，滚转喷管3包含滚转喷管筒体5和尾喷管6，滚转喷管筒体5和尾喷管6连接处横截面为圆形，尾喷管6末端的喷管口14向下，气流自喷管口14喷出，尾喷管6末端的横截面为矩形，圆形到矩形通过收缩段和扩张段平滑过渡，滚转喷管3结构简单，可以实现快装快卸。滚转控制调节机构4在发动机筒体2与滚转喷管3连接处，包含舵机安装座7、舵机8、连架杆9、连杆10、圆弧形杆件11、挡板12、旋转轴13。在发动机筒体2与滚转喷管3连接处靠近机体后方的位置，在发动机筒体2上固定舵机安装座7，舵机安装座7上安装舵机8，用于驱动连架杆9，连架杆9与连杆10铰接，连杆10与圆弧形杆件11铰接，圆弧形杆件11横截面为矩形，与挡板12一体成型，在发动机筒体2与滚转喷管3连接处通过螺栓和螺母固定一根旋转轴13，旋转轴13与挡板12通过挡板12末端的圆孔铰接，使挡板12可以绕旋转轴13旋转。圆弧形杆件11与旋转轴13之间的距离为固定值，即圆弧形杆件11的圆弧半径大小，在滚转喷管筒体5的后表面开口，使圆弧形杆件11可以恰好通过开口穿过滚转喷管筒体5运动，便于安装和拆卸，维护可达性高。连架杆9、连杆10、圆弧形杆件11和挡板12一体结构，与发动机筒体2构成铰链四杆机构，其中，连架杆9是主动杆，圆弧形杆件11和挡板12一体结构是从动杆，结构简单精巧。开启主涵道风扇和主电机动力子系统1引气，驱动舵机8带动连架杆9，从而带动挡板12绕旋转轴13旋转，通过控制挡板12的开合程度，从而控制进入滚转喷管3的气流流量。
所述滚转喷管3包括滚转喷管筒体5和尾喷管6，所述尾喷管6通过滚转喷管筒体5与发动机筒体2接通，所述滚转喷管筒体5和尾喷管6连接处的横截面为圆形，尾喷管6的喷管口向下，横截面为矩形，圆形到矩形通过收缩段和扩张段平滑过渡，滚转喷管结构简单，可以实现快装快卸。
所述滚转控制调节机构4包括舵机安装座7、舵机8、连架杆9、连杆10、圆弧形杆件11、挡板12和旋转轴13，位于发动机筒体2与滚转喷管3连接处的内部设置有一根旋转轴13，旋转轴13上铰接有挡板12，位于发动机筒体2的外壁上通过舵机安装座7安装有舵机8，所述舵机8依次连接连架杆9、连杆10和圆弧形杆件11的一端，圆弧形杆件11的另一端穿入滚转喷管筒体5连接位于滚转喷管筒体5内的挡板12，挡板12绕着旋转轴13旋转，当舵机8驱动挡板12偏转至最外侧时，挡板12与滚转喷管筒体5内壁贴合，挡板12将滚转喷管筒体5的气流入口15闭合起来，气流无法自发动机筒体经滚转喷管筒体5进入尾喷管6，当舵机8驱动挡板12偏转至最内侧时，挡板12将滚转喷管筒体5的气流入口15打开至最大，自发动机筒体经滚转喷管筒体5进入尾喷管6气流流量为最大值。
所述连架杆9与连杆10铰接，连杆10与圆弧形杆件11铰接，所述连架杆9是主动杆，圆弧形杆件11和挡板12一体结构是从动杆，所述圆弧形杆件11的横截面为矩形，位于发动机筒体2与滚转喷管3连接处内通过螺栓和螺母固定一根旋转轴13，挡板12通过挡板12末端的圆孔铰接于旋转轴13上，使挡板12以旋转轴13为轴旋转；所述圆弧形杆件11与旋转轴13之间的距离为固定值，即圆弧形杆件11的圆弧半径长度，在滚转喷管筒体5的表面设有开口，使圆弧形杆件11恰好通过开口穿过滚转喷管筒体5运动，便于安装和拆卸，维护可达性高。
所述发动机筒体2的端部设置有主涵道风扇和主电机动力子系统1，开启主涵道风扇和主电机动力子系统1引气，驱动舵机8带动连架杆9，从而带动挡板12绕旋转轴13旋转，通过控制挡板12的开合程度，从而控制进入滚转喷管3的气流流量。
发动机筒体两侧滚转控制调节机构的挡板12具有35度的偏转范围，当挡板12偏转至最外侧与滚转喷管筒体5内壁体贴合时，定义此时的挡板状态偏转0度，当挡板12偏转至最内侧时，即相对于偏转0度为35度时，进入滚转喷管的气流流量为最大值，定义此时的挡板状态偏转35度，当舵机驱动左右两侧的挡板分别偏转17.5度时，定义此时的挡板状态处于基准状态，在基准状态下，挡板能够向内、向外各偏转17.5度。具体地讲，发动机筒体2两侧滚转控制调节机构4的挡板12具有35度的偏转范围，挡板12偏转至最外侧可以与滚转喷管筒体5贴合，使进入滚转喷管3的气流流量几乎为零，定义该状态挡板偏转0度；挡板12偏转至最内侧，进入滚转喷管3的气流流量为最大值，定义该状态挡板偏转35度。
本发明的运行过程：当飞行器处于平飞状态和垂直起降状态时，开启主涵道风扇和主电机动力子系统1引气，通过舵机8驱动连架杆9，使挡板12处于基准状态，保证进入两侧滚转喷管3的气流流量相同，滚转喷管3向下喷气，可以在平飞状态和垂直起降状态为飞行器提供部分升力。为实现从垂直起降状态到平飞状态加速过渡段的滚转运动，通过舵机8驱动连架杆9，使发动机筒体2两侧的挡板12在基准状态下分别向内、外偏转，且偏转角度大小相同，使进入两侧滚转喷管3的气流流量不同，从而产生滚转力矩，实现滚转控制，同时，流向发动机筒体2后方的气流流量与基准状态相比不发生改变。
如图3所示，驱动舵机8使左右两侧挡板12分别偏转17.5度，定义该状态挡板12处于基准状态，在基准状态下，挡板12可以向内、外各偏转17.5度。
如图4所示，在基准状态下，当左侧挡板12向外偏转17.5度，同时，右侧挡板12向内偏转17.5度时，进入右侧滚转喷管的气流流量较大，飞行器左滚转。
如图5所示，在基准状态下，当左侧挡板12向内偏转17.5度，同时，右侧挡板12向内偏转17.5度时，进入左侧滚转喷管的气流流量较大，飞行器右滚转。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，其特征在于：包括滚转喷管（3）和滚转控制调节机构（4），在小型垂直起降固定翼飞行器的发动机筒体喉道渐缩处，沿发动机筒体（2）径向方向左右对称各安装有一个滚转喷管（3），所述发动机筒体（2）两侧均设置有所述滚转控制调节机构（4）；所述滚转控制调节机构（4）包括安装于发动机筒体（2）外壁的驱动装置和安装于滚转喷管（3）与发动机筒体（2）连接处内部的阻挡装置，驱动装置驱动阻挡装置调节滚转喷管（3）的气流入口（15）的大小；
所述滚转喷管（3）包括滚转喷管筒体（5）和尾喷管（6），所述尾喷管（6）通过滚转喷管筒体（5）与发动机筒体（2）接通
所述滚转控制调节机构（4）包括舵机安装座（7）、舵机（8）、连架杆（9）、连杆（10）、圆弧形杆件（11）、挡板（12）和旋转轴（13），位于发动机筒体（2）与滚转喷管（3）连接处的内部设置有一根旋转轴（13），旋转轴（13）上铰接有挡板（12），位于发动机筒体（2）的外壁上通过舵机安装座（7）安装有舵机（8），所述舵机（8）依次连接连架杆（9）、连杆（10）和圆弧形杆件（11）的一端，圆弧形杆件（11）的另一端穿入滚转喷管筒体（5）连接位于滚转喷管筒体（5）内的挡板（12），挡板（12）绕着旋转轴（13）旋转，当舵机（8）驱动挡板（12）偏转至最外侧时，挡板（12）与滚转喷管筒体（5）内壁贴合，挡板（12）将滚转喷管筒体（5）的气流入口（15）闭合起来，气流无法自发动机筒体经滚转喷管筒体（5）进入尾喷管（6），当舵机（8）驱动挡板（12）偏转至最内侧时，挡板（12）将滚转喷管筒体（5）的气流入口（15）打开至最大，自发动机筒体经滚转喷管筒体（5）进入尾喷管（6）气流流量为最大值；
所述发动机筒体（2）的端部设置有主涵道风扇和主电机动力子系统（1）；
开启主涵道风扇和主电机动力子系统（1）引气，驱动舵机（8）带动连架杆（9），从而带动挡板（12）绕旋转轴（13）旋转，通过控制挡板（12）的开合程度，从而控制进入滚转喷管（3）的气流流量。
2.根据权利要求1所述的适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，其特征在于：所述滚转喷管筒体（5）和尾喷管（6）连接处的横截面为圆形，尾喷管（6）末端的喷管口（14）向下，气流自喷管口（14）喷出，尾喷管（6）末端的横截面为矩形，圆形到矩形通过收缩段和扩张段平滑过渡。
3.根据权利要求1所述的适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，其特征在于：所述连架杆（9）与连杆（10）铰接，连杆（10）与圆弧形杆件（11）铰接，所述连架杆（9）是主动杆，圆弧形杆件（11）和挡板（12）一体结构是从动杆，所述圆弧形杆件（11）的横截面为矩形，位于发动机筒体（2）与滚转喷管（3）连接处内通过螺栓和螺母固定一根旋转轴（13），挡板（12）通过挡板（12）末端的圆孔铰接于旋转轴（13）上，使挡板（12）以旋转轴（13）为轴旋转。
4.根据权利要求1所述的适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，其特征在于：所述圆弧形杆件（11）与旋转轴（13）之间的距离为固定值，即圆弧形杆件（11）的圆弧半径长度，在滚转喷管筒体（5）的表面设有开口，使圆弧形杆件（11）恰好通过开口穿过滚转喷管筒体（5）运动。
5.根据权利要求1所述的适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，其特征在于：所述滚转喷管（3）和滚转控制调节机构（4）通过3D打印加工方式加工而成，减少了结构重量。
6.根据权利要求1所述的适用于小型垂直起降固定翼飞行器的滚转控制机构，其特征在于：所述挡板（12）具有35度的偏转范围，当挡板（12）偏转至最外侧与滚转喷管筒体（5）内壁体贴合时，定义此时的挡板状态偏转0度，当挡板（12）偏转至最内侧时，即相对于偏转0度为35度时，进入滚转喷管的气流流量为最大值，定义此时的挡板状态偏转35度，当舵机驱动左右两侧的挡板分别偏转17.5度时，定义此时的挡板状态处于基准状态，在基准状态下，挡板能够向内、向外各偏转17.5度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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