CN111470030B - 一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，由支撑组件、驱动机构、传动机构、加载装置和蒙皮组成。支撑组件与飞机机翼中间结构连接；带有梯形桁条结构的复合材料蒙皮与变形翼前缘支撑立板相连接，复合材料蒙皮质量轻、强度高、驱动力小，且多次变形后不会产生疲劳。以传动机构为中心对称布置的两翼段；驱动机构采用齿轮五杆机构，机构与蒙皮为刚性连接方式，增强其飞行过程中变形翼的承载性能及稳定性。机翼前缘变弯度机构，可实现单电机控制多个翼段，且驱动机构沿蒙皮周向布置，降低其附加重量，可在飞行过程中随飞行条件调整翼型，适应复杂的飞行环境，提高飞机升阻比等综合性能。

Description

一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构

技术领域

本发明涉及可变形机翼技术领域，具体地说，涉及一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构。

背景技术

飞行器的工作环境是连续变化的，传统的固定翼飞行器在大多数时候都无法达到最优气动外形。其与固定翼相比，变形翼通过在飞行过程中改变翼型对飞行器各个性能进行补偿，有效地改善了飞行器的气动性能，能够实现飞行过程中飞行参数的连续动态变化。由于变形飞行器巨大的应用前景，美国国家航空航天局(NASA)、欧空局等研究机构都进行了大量研究工作，且获得了研究成果。其中，欧盟在SARISTU项目中提出“一种变弯度机翼前缘”(Shea J J.Smart structures and materials[Book Review][J].IEEE ElectricalInsulation Magazine,2000,16(2):37-37)，该机翼前缘包括一根驱动杆、蒙皮、两根两端为活动铰链的支撑杆及驱动机构，支撑杆连接于前缘蒙皮及驱动杆。机构驱动原理简单，但实际应用时整体装置显笨重，在飞行条件变化时由活动支撑杆组成的变形结构保型能力明显不足。中国发明专利CN107628229A“一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构”，该变弯度结构使用记忆合金杆件来实现变形的方式操作困难，且机翼变形后的回复能力还有待研究。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服现有技术变形翼承载性能低，保型能力差以及变形后可靠性不高的问题；本发明提出一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，该前缘变弯度机构可实现单电机控制多个翼段，且驱动机构沿蒙皮周向布置，降低其附加重量，可在飞行过程中随飞行条件调整翼型，适应复杂的飞行环境，提高飞机升阻比综合性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括支撑组件、驱动机构、传动机构、加载装置和蒙皮，其特征在于所述支撑组件包括支撑立板、以齿轮轴上的齿轮为中心对称设置的第一侧支板、第二侧支板、沿蜗轮两侧对称布置的第一固定板、第二固定板，齿轮左轴承、齿轮右轴承、第一轴承端盖、第二轴承端盖；第一侧支板、第二侧支板的上下端部凸耳通孔与支撑立板上对应的连接孔通过螺栓连接，第一固定板、第二固定板的上端部凸耳通孔、中间部位凸耳通孔、下端部凸耳通孔与支撑立板上对应的连接孔通过螺栓连接，第一轴承端盖、第二轴承端盖和配套齿轮左轴承、齿轮右轴承与第一固定板、第二固定板，第一侧支板、第二侧支板同轴心配合安装；

所述驱动机构包括不完全齿轮、第一连杆、第一支杆、第二支杆、第二连杆、第四连杆、第三连杆和第一齿轮轴、第二齿轮轴，不完全齿轮与第一连杆固连成齿轮杆，第一连杆一端插入不完全齿轮上的安装槽中，通过对应的通孔与不完全齿轮固连，第一连杆上侧带有铰链孔与蒙皮梯形槽上的连接孔铰接，铰链孔对称布置且与第二连杆铰接，齿轮杆一端与支撑组件铰接，另一端与第二连杆铰接，第二连杆另一端与第三连杆铰接，第三连杆另一端与第四连杆铰接，第四连杆另一端与支撑组件铰接，齿轮杆、第四连杆齿轮端分别与第一齿轮轴、第二齿轮轴上的齿轮啮合，第一齿轮轴、第二齿轮轴中间的齿轮位于第一固定板、第二固定板之间；齿轮左轴承、齿轮右轴承通过第一齿轮轴、第二齿轮轴上齿轮两侧的轴肩固定，通过中间齿轮将五杆机构封闭连接，使机构变为单自由度；

所述传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖、蜗杆上轴承和蜗杆下轴承；蜗轮为带有花键轴的扇形结构，蜗轮通过花键轴与第一齿轮轴、第二齿轮轴带有相应键槽的一端连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆两端分别有蜗杆上轴承、蜗杆下轴承和蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖，蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖与支撑立板固连；

所述加载装置包括驱动电机和联轴器；驱动电机输出轴与蜗杆通过联轴器连接，蜗杆平行于支撑立板安装，且与蜗轮啮合，蜗杆上下两端轴肩与蜗杆上轴承、蜗杆下轴承一端面配合，并通过蜗杆上轴承、蜗杆下轴承另一端面与蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖内侧配合，蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖两侧通孔与第一固定板、第二固定板上对应通孔通过螺栓连接。

所述蒙皮为带有梯形桁条结构的复合材料蒙皮，各翼段蒙皮与变形翼前缘支撑立板相连接。

有益效果

本发明提出的一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，由支撑结构、蒙皮、前缘内部齿轮五杆驱动驱动机构、传动机构及加载装置组成；支撑机构与飞机机翼中间结构连接；复合材料蒙皮质量轻、强度高、驱动力小且多次变形后不会产生疲劳；驱动机构采用齿轮五杆机构，机构与蒙皮为刚性连接，有别于两端铰接的活动支杆，增强了飞行过程中变形翼的承载性能及稳定性。本发明机翼前缘变弯度机构可实现单电机控制多个翼段，且驱动机构沿蒙皮周向布置，降低了附加重量，可在飞行过程中随飞行条件调整翼型，适应复杂的飞行环境，提高飞机升阻比等综合性能。该机翼前缘变弯度机构克服现有技术变形翼承载性能低，保型能力差以及变形后可靠性不高的问题。

机翼前缘变弯度机构刚性连接蒙皮且电机可控，提高了飞行过程中的机翼承载能力及稳定性，操作简单。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构作进一步详细说明。

图1为本发明基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构示意图。

图2为本发明机翼前缘变弯度机构的支撑组件示意图。

图3为本发明机翼前缘变弯度机构的支撑组件部分驱动结构示意图。

图4为本发明机翼前缘变弯度机构的传动机构示意图。

图5为本发明机翼前缘变弯度机构的驱动机构示意图。

图中

1.前缘机构 2.蒙皮 3.支撑立板 4.不完全齿轮 5.第一连杆 6.第一支杆 7.第二支杆 8.第二连杆 9.第一轴承端盖 10.第二轴承端盖 11.第四连杆 12.第三连杆 13.轴承左端盖 14.轴承右端盖 15.第一侧支板 16.第二侧支板 17.第一固定板 18.第二固定板 19.第一轴承 20.第二轴承 21.蜗杆轴承下端盖 22.第一齿轮轴 23.第二齿轮轴24.蜗杆轴承上端盖 25.蜗杆 26.蜗轮 27.驱动电机 28.联轴器 29.蜗杆上轴承 30.蜗杆下轴承 31.齿轮左轴承 32.齿轮右轴承

具体实施方式

本实施例是一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构。

参阅图1～图5，本实施例图示意以传动机构为中心对称布置的两翼段。本实施例基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，由支撑组件、驱动机构、传动机构、加载装置和蒙皮组成；其中，支撑组件包括支撑立板3、以齿轮轴上的齿轮为中心对称设置的第一侧支板15、第二侧支板16，沿蜗轮两侧对称布置的第一固定板17、第二固定板18，齿轮左轴承31、齿轮右轴承32、第一轴承端盖9、第二轴承端盖10；第一侧支板15、第二侧支板16的上下端部凸耳通孔与支撑立板3上对应的连接孔通过螺栓连接，第一固定板17、第二固定板18的上端部凸耳通孔、中间部位凸耳通孔、下端部凸耳通孔与支撑立板3上对应的连接孔通过螺栓连接，第一轴承端盖9、第二轴承端盖10和配套齿轮左轴承31、齿轮右轴承32与第一固定板17、第二固定板18，第一侧支板15、第二侧支板16同轴心安装。

本实施例中，所述蒙皮为带有梯形桁条结构的复合材料蒙皮，各翼段蒙皮与变形翼前缘支撑立板3相连接。

驱动机构包括不完全齿轮4、第一连杆5、第一支杆6、第二支杆7、第二连杆8、第四连杆11、第三连杆12和第一齿轮轴22、第二齿轮轴23，不完全齿轮4与第一连杆5固连成齿轮杆，第一连杆5一端插入不完全齿轮4上的安装槽中，通过对应的通孔与不完全齿轮4固连，第一连杆5上侧带有铰链孔与蒙皮2梯形槽上的连接孔铰接，铰链孔对称布置且与第二连杆8铰接，齿轮杆一端与支撑组件铰接，另一端与第二连杆8铰接，第二连杆8另一端与第三连杆12铰接，第三连杆12另一端与第四连杆11铰接，第四连杆11另一端与支撑组件铰接，齿轮杆、第四连杆齿轮端分别与第一齿轮轴22、第二齿轮轴23上的齿轮啮合，第一齿轮轴22、第二齿轮轴23中间的齿轮位于第一固定板17、第二固定板18之间；齿轮左轴承31、齿轮右轴承32通过第一齿轮轴22、第二齿轮轴23上齿轮两侧的轴肩固定，通过中间齿轮将五杆机构封闭连接，使整个机构变为单自由度，驱动方式更加简便。

本实施例中，传动机构包括蜗轮26、蜗杆25、蜗杆轴承下端盖21、蜗杆轴承上端盖24、蜗杆上轴承29、蜗杆下轴承30；蜗轮26为带有花键轴的扇形结构，蜗轮26通过花键轴与第一齿轮轴22、第二齿轮轴23带有相应键槽的一端配合连接，蜗轮26与蜗杆25啮合，蜗杆25两端分别有蜗杆上轴承29、蜗杆下轴承30和蜗杆轴承下端盖21、蜗杆轴承上端盖24，蜗杆轴承下端盖21、蜗杆轴承上端盖24与支撑立板3固定连接。

加载装置包括驱动电机27和联轴器28；驱动电机27输出轴与蜗杆25通过联轴器28连接，蜗杆25平行于支撑立板3安装，且与蜗轮26啮合；蜗杆25上下两端轴肩与蜗杆上轴承29、蜗杆下轴承30一端面配合，并通过蜗杆上轴承29、蜗杆下轴承30另一端面与蜗杆轴承下端盖21、蜗杆轴承上端盖24内侧配合，蜗杆轴承下端盖21、蜗杆轴承上端盖24两侧通孔与第一固定板17、第二固定板18上对应通孔通过螺栓连接。

本实施例中驱动机构刚性连接蒙皮，且单电机可控，提高其飞行过程中的机翼承载能力及稳定性，操作简单。

本实施例中为单电机驱动两个前缘翼段变形，驱动电机27通过联轴器28连接蜗杆25；然后带动蜗轮26转动，蜗轮26通过花键连接驱动第一齿轮轴22、第二齿轮轴23上的齿轮作为中间齿轮，传递运动至不完全齿轮4及第三连杆11，从而带动五杆机构产生运动，使变形翼前缘发生变形。各杆件与蒙皮的连接点相对于五杆机构铰接点可视为三角形结构，角度始终不变，可以使变形翼保型及承载能力更优。本实施例中考虑到飞行中气动环境的多变，为了使变形翼可靠性更高，增添了活动铰接杆件第一支杆6、第二支杆杆件7。当驱动电机停止转动时，传动机构发生自锁，能够维持前缘变形后的翼型不变。通过驱动电机带动齿轮五杆机构变形所需驱动力小，并能实现完全的前缘气动外形。

Claims (2)

1.一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，包括支撑组件、驱动机构、传动机构、加载装置和蒙皮，其特征在于:所述支撑组件包括支撑立板、以齿轮轴上的齿轮为中心对称设置的第一侧支板、第二侧支板、沿蜗轮两侧对称布置的第一固定板、第二固定板，齿轮左轴承、齿轮右轴承、第一轴承端盖、第二轴承端盖；第一侧支板、第二侧支板的上下端部凸耳通孔与支撑立板上对应的连接孔通过螺栓连接，第一固定板、第二固定板的上端部凸耳通孔、中间部位凸耳通孔、下端部凸耳通孔与支撑立板上对应的连接孔通过螺栓连接，第一轴承端盖、第二轴承端盖和配套齿轮左轴承、齿轮右轴承与第一固定板、第二固定板，第一侧支板、第二侧支板同轴心配合安装；

所述驱动机构包括不完全齿轮、第一连杆、第一支杆、第二支杆、第二连杆、第四连杆、第三连杆和第一齿轮轴、第二齿轮轴，不完全齿轮与第一连杆固连成齿轮杆，第一连杆一端插入不完全齿轮上的安装槽中，通过对应的通孔与不完全齿轮固连，第一连杆上侧带有铰链孔与蒙皮梯形槽上的连接孔铰接，铰链孔对称布置且与第二连杆铰接，齿轮杆一端与支撑组件铰接，另一端与第二连杆铰接，第二连杆另一端与第三连杆铰接，第三连杆另一端与第四连杆铰接，第四连杆另一端与支撑组件铰接，齿轮杆、第四连杆齿轮端分别与第一齿轮轴、第二齿轮轴上的齿轮啮合，第一齿轮轴、第二齿轮轴中间的齿轮位于第一固定板、第二固定板之间；齿轮左轴承、齿轮右轴承通过第一齿轮轴、第二齿轮轴上齿轮两侧的轴肩固定，通过中间齿轮将五杆机构封闭连接，使机构变为单自由度；

所述传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖、蜗杆上轴承和蜗杆下轴承；蜗轮为带有花键轴的扇形结构，蜗轮通过花键轴与第一齿轮轴、第二齿轮轴带有相应键槽的一端连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆两端分别有蜗杆上轴承、蜗杆下轴承和蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖，蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖与支撑立板固连；

所述加载装置包括驱动电机和联轴器；驱动电机输出轴与蜗杆通过联轴器连接，蜗杆平行于支撑立板安装，且与蜗轮啮合，蜗杆上下两端轴肩与蜗杆上轴承、蜗杆下轴承一端面配合，并通过蜗杆上轴承、蜗杆下轴承另一端面与蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖内侧配合，蜗杆轴承下端盖、蜗杆轴承上端盖两侧通孔与第一固定板、第二固定板上对应通孔通过螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，其特征在于:所述蒙皮为带有梯形桁条结构的复合材料蒙皮，各翼段蒙皮与变形翼前缘支撑立板相连接。

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