CN112061375A - 一种高强度的新型机翼折叠机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高强度的机翼折叠机构，包括滑轨、滑块、前连杆、后连杆、折叠展开锁定组件、步进电机、舵机等。其中滑轨与机身连接；前连杆与后连杆、后连杆与凸台、前连杆与凸台等活动部件均以轴承连接。折叠作业时，首先通过折叠展开锁定组件解锁机翼；然后通过舵机驱动滑轨旋转105度从而带动机翼旋转105度；最后电机驱动滑块前移从而带动机翼旋转，直至机翼与机身完全贴合。本折叠机构采用纯机械方式进行折叠，节约了空间，极大降低了成本。

Description

一种高强度的新型机翼折叠机构

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体为一种高强度的新型机翼折叠机构。

背景技术

传统的飞机机翼固连在机身上，需要从地面滑翔助跑起飞。对于无人机、滑翔机等尺寸较小的飞机，当采用货车、火车、飞机、轮船等方式运输时，由于机翼翼展较长，运输过程中占用很大的空间，大大增加运输成本。如果直接将机翼拆下，再次使用时会因为重新组装消耗大量时间，拆卸后的飞机也容易丢失零件，且组装后的机翼与机身连接处强度不够也会带来诸多安全问题，这些都不利于飞机的再次使用。因此，人们趋向于设计一种机翼折叠的飞机来代替传统的固定翼飞机，提高运输过程的空间利用率，降低运输成本。

目前飞机的可折叠机构分为两种，一种是基于智能材料的柔性变形机构，另一种是基于纯机械设计的变形机构。而由于智能变体材料的成本高昂，目前推广程度不高，对于机械变形结构则更受到设计者的欢迎。

机械机翼折叠机构是安装在翼根或机身的机构，解除约束后机翼有一定自由度，在机构规定位置锁定，实现机翼的展开、折叠、锁定。目前的机翼折叠机构基本上有两类，一类如文献(唐冰；刘奇权；刘以建.一种折叠机构及横向折叠的机翼[P].中国专利：CN207274956U)中所公开的横向折叠的机构，该机构实现沿舵轴方向的横向折叠与展开，但是这种折叠方式对于翼展较长的飞机来说，提高运输空间利用率的效果并不明显。而且该折叠机构对舵机的性能要求较高，相应地会提高飞机的制作成本。此外，在机翼中间直接折叠将会导致折叠机构复杂，操作困难。另一类是垂直于舵轴的纵向折叠与展开，通过旋转机翼可以使机翼与机身重叠，将机翼收到了机身下方。但是这种设计方式，在机翼展开后与机身连接时仅采用连接杆和连接片连接，这个设计使得飞机在正常飞行的过程中会因为翼根处受力过大，应力集中，材料强度不够而造成断裂，对于维修成本和运输损失会大大增加。

目前的固定翼飞机机翼折叠机构多用于在航母上起降的舰载机或箱式储存的小型无人机。而对于如滑翔机等需要装在大型运输机中进行运输的飞行器，为了减少折叠后飞行器所占据的体积、减小成本、增加货运量，有必要设计一种新的机械形式的折叠机构。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种高强度的新型机翼折叠机构，采用二次折叠方式，先将机翼收回机身两侧，然后整体旋转到机身上部，实现机翼在折叠状态下贴合机身，减少运输占用空间。

本发明的技术方案为：

所述一种高强度的新型机翼折叠机构，包括一次折叠驱动装置、二次折叠驱动装置和锁定支撑组件；

所述锁定支撑组件安装在机身内，用于在机翼正常展开状态下，对机翼进行支撑和承力，并对机翼的展开状态进行锁定；同时当需要机翼折叠时，能够对机翼进行解锁；

所述一次折叠驱动装置实现机翼相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动，每侧机翼各对应安装有一组一次折叠驱动装置；

所述一次折叠驱动装置包括第一驱动装置和滑轨；第一驱动装置固定安装在机身内，滑轨平行与X轴并安装在机身一侧的滑槽内，且滑轨能够在第一驱动装置的驱动下，绕自身轴线转动；当机翼与机身解锁后，滑轨绕自身轴线的转动能够实现同一侧机翼相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动；

所述二次折叠驱动装置包括第二驱动装置、螺纹杆、滑块、前连杆和后连杆；螺纹杆平行与滑轨，并通过固定安装在滑轨上的前支架和后支架进行支撑，螺纹杆一端与前支架通过转动配合，螺纹杆另一端穿过后支架后与第二驱动装置固定连接，且螺纹杆与后支架转动配合，螺纹杆能够在第二驱动装置驱动下绕自身轴线转动；所述滑块既安装在螺纹杆上，也安装在滑轨上，滑块与螺纹杆螺纹配合，同时滑块也配合安装在滑轨上，通过滑轨限制滑块绕螺纹杆轴线的转动自由度，当第二驱动装置驱动螺纹杆转动时，能够带动滑块沿滑轨直线移动；

所述前连杆端部和后连杆端部之间通过铰链连接，前连杆另一端部与固定在滑轨上的前凸台铰链连接，后连杆另一端部与固定在滑块上的后凸台铰链连接，三个铰链轴均垂直于机翼展向平面；机翼靠近翼根部位的翼面上具有连接件，连接件与后连杆固定连接；

在机翼处于展开状态时，前连杆与后连杆处于最大展开状态；当机翼进行一次折叠时，滑轨绕自身转动时，前连杆与后连杆保持最大展开状态，同步随滑轨转动，带动机翼实现其相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动；当机翼一次折叠到位后，通过第二驱动装置带动螺纹杆转动，驱动滑块沿轴线运动，进而带动前连杆与后连杆相对折叠，后连杆在运动过程中带动机翼同步进行二次折叠。

进一步的，所述锁定支撑组件包括支撑梁和折叠展开锁定组件；支撑梁安装在机身内部，是机翼正常展开状态下的主承力结构；所述折叠展开锁组件采用电磁锁定和解锁方式，在支撑梁端面安装有折叠展开锁以及第一铁块，折叠展开锁与第一铁块之间通过套有第一弹簧的导杆连接，导杆一端与第一铁块固连，另一端能够向支撑梁内部滑动；折叠展开锁非通电状态下，第一弹簧提供推力将第一铁块推出，第一铁块伸入机翼翼根端面对应形状的凹槽中，将机翼与支撑梁刚性连接；当折叠展开锁通电后，折叠展开锁吸引第一铁块克服第一弹簧的推力向支撑梁方向移动，使第一铁块脱离机翼根部对应的凹槽，解开机身对机翼的锁定。

进一步的，所述支撑梁采用一根整体工字梁垂直于机身对称面安装在机身内。

进一步的，在机身内还安装了电磁锁定设备，对一次折叠驱动装置进行电磁锁定和释放；所述电磁锁定设备包括电磁锁、第二铁块和第二弹簧；电磁锁固定在机身内部，具有轴向通孔，第二铁块上具有导杆，导杆伸入电磁锁的轴向通孔内，且导杆上套有第二弹簧；电磁锁非通电状态下，第二弹簧提供推力将第二铁块推出，第二铁块伸入一次折叠驱动装置中滑轨侧面的对应凹槽或通孔内，将滑轨锁定；而当电磁锁通电后，电磁锁吸引第二铁块克服第二弹簧推力向电磁锁方向移动，使第二铁块脱离滑轨，解开对滑轨的锁定。

进一步的，在机身内部安装了两组电磁锁定设备，分别对应在滑轨两端侧面对其进行转动自由度的锁定和释放。

进一步的，所述第一驱动装置采用舵机，第二驱动装置采用步进电机。

进一步的，在前连杆端部和后连杆端部之间的连接铰链处可以设置限位装置，使前连杆与后连杆只能向外折叠。

有益效果

本发明提出的机翼折叠机构包括滑轨、滑块、前连杆、后连杆、折叠展开锁定组件、步进电机、舵机等。其中滑轨与机身连接；前连杆与后连杆、后连杆与凸台、前连杆与凸台等活动部件均以轴承连接。折叠作业时，首先通过折叠展开锁定组件解锁机翼；然后通过舵机驱动滑轨旋转105度从而带动机翼旋转105度；最后电机驱动滑块前移从而带动机翼旋转，直至机翼与机身完全贴合。本折叠机构采用纯机械方式进行折叠，节约了空间，极大降低了成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明示意图；

图2为折叠机构零件图；

图3为折叠机构结构两个方向的等轴侧视图图；

图3中1.前连杆、2.后连杆、3.步进电机、4.舵机、9.滑块、10.滑轨、11.机翼、14.铁块、15.凹槽、16.前支架、17.后支架、18.螺纹杆、20.电磁锁、21.弹簧、22.前凸台、23.后凸台；

图4为机翼展开锁结构示意图；

图4中8.弹簧、12.梁、13.铁块、19.折叠展开锁；

图5为电磁锁示意图；

图5中5.铁块、6.弹簧、7.电磁锁；

图6为机翼一次折叠三维图；

图7为机翼二次折叠三维图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例中的新型机翼折叠机构主要包括一次折叠驱动装置、二次折叠驱动装置和锁定支撑组件。

所述锁定支撑组件安装在机身内，用于在机翼正常展开的非折叠状态下，对机翼进行支撑和承力，并对机翼的展开状态进行锁定；同时当需要机翼折叠时，可以对机翼进行解锁。

具体而言，本实施例中，锁定支撑组件包括支撑梁12和折叠展开锁定组件；所述支撑梁12安装在机身内部，是机翼正常展开状态下的主承力结构；本实施例中，支撑梁12采用一根整体工字梁垂直于机身对称面安装在机身内。所述折叠展开锁组件采用电磁锁定和解锁方式，在支撑梁12两端安装有折叠展开锁19以及铁块13，折叠展开锁19与铁块13之间通过套有压缩弹簧8的导杆连接，导杆一端与铁块13固连，另一端能够向支撑梁12内部滑动；折叠展开锁19非通电状态下，压缩弹簧8提供推力将铁块13推出，铁块13伸入机翼根部对应的凹槽，将机翼与支撑梁刚性连接；而当折叠展开锁19通电后，折叠展开锁19吸引铁块13克服压缩弹簧8推力向支撑梁12方向移动，使铁块13脱离机翼根部对应的凹槽，解开机身对机翼的锁定。

所述一次折叠驱动装置主要实现机翼相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动，每侧机翼各对应一组一次折叠驱动装置。一次折叠驱动装置主要包括驱动舵机4和滑轨10；舵机4安装在机身内部，滑轨10也平行与X轴并安装在机身上部一侧的滑槽内，且滑轨10能够在舵机4的驱动下，带动滑轨10绕自身轴线转动；而滑轨10通过一系列结构(之后详细说明)能够与同一侧机翼连接，从而在机翼与机身解锁后，带动机翼实现其相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动。

本实施例中，为了避免支撑梁12与机翼之间采用单一一组折叠展开锁可能存在的可靠性不足问题，进一步在机身内还安装了电磁锁定设备，对一次折叠驱动装置进行可控的电磁锁定和释放。电磁锁定设备包括电磁锁7、吸引铁块5和压缩弹簧6；电磁锁7固定在机身内部，具有轴向通孔，吸引铁块5上具有导杆，导杆伸入电磁锁7的轴向通孔内，且导杆上套有压缩弹簧6；电磁锁7非通电状态下，压缩弹簧6提供推力将吸引铁块5推出，吸引铁块5伸入一次折叠驱动装置中滑轨10侧面的对应凹槽或通孔内，将滑轨10锁定，防止其转动，而当电磁锁7通电后，电磁锁7吸引铁块5克服压缩弹簧6推力向电磁锁7方向移动，使铁块5脱离滑轨10，解开对滑轨10的转动自由度锁定。进一步的，本实施例中，在机身内部安装了两组电磁锁定设备，分别对应在滑轨10两端侧面对其进行转动自由度的锁定和释放。

所述二次折叠驱动装置包括步进电机3、螺纹杆18、滑块9、前连杆1和后连杆2。螺纹杆18平行与滑轨10，并固定在滑轨10上，具体而言就是在滑轨10上固定前支架16和后支架17，在前支架16和后支架17之间安装螺纹杆18，螺纹杆18一端与前支架16通过光轴配合或通过轴承配合，螺纹杆18另一端穿过后支架17后与步进电机3固定连接，且螺纹杆18与后支架17通过光轴配合或通过轴承配合，这样螺纹杆18能够在步进电机3驱动下绕自身轴线转动。所述滑块9既安装在螺纹杆18上，也安装在滑轨10上，滑块9与螺纹杆18螺纹配合，同时滑块9也配合安装在滑轨10上，通过滑轨10限制滑块9绕螺纹杆18轴线的转动自由度，这样当步进电机3驱动螺纹杆18转动时，能够带动滑块9沿滑轨10直线移动。

所述前连杆1和后连杆2是实现机翼二次折叠的主要传动机构。其中前连杆1端部和后连杆2端部之间通过铰链连接，前连杆1另一端部与固定在滑轨10上的前凸台22铰链连接，后连杆2另一端部与固定在滑块9上的后凸台23铰链连接，三个铰链轴均垂直于机翼展向平面。机翼靠近翼根部位的翼面上具有连接凹槽15，连接凹槽15与后连杆2固定连接。在机翼处于展开状态时，前连杆1与后连杆2处于最大展开状态，此时前连杆1与后连杆2可以是180度夹角，也可以是接近180度的很大钝角。当机翼进行一次折叠时，滑轨10绕自身转动时，前连杆1与后连杆2保持最大展开状态，同步随滑轨10转动，从而带动机翼实现其相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动。当机翼一次折叠到位后，通过步进电机3带动螺纹杆18转动，驱动滑块9轴线运动，进而带动前连杆1与后连杆2相对折叠，此时后连杆2在运动过程中带动机翼同步进行二次折叠。当然，为了使前连杆1与后连杆2相对折叠时，朝向准确的折叠方向，在前连杆1端部和后连杆2端部之间的连接铰链处可以设置限位装置，使前连杆1与后连杆2只能向外折叠。

下面详细描述机翼的折叠和展开过程：

折叠作业时，首先给机翼展开锁19通电使其带有磁性，吸引铁块13向支撑梁12的方向移动，压缩弹簧8，从而解开机身对机翼的锁定；给电磁锁7和20通电使其带有磁性，吸引铁块5向电磁锁7的方向移动、铁块14向电磁锁20移动，压缩弹簧6和21，从而解开机身对滑轨的锁定，使滑轨可以旋转；然后给舵机4通电，控制其中转盘旋转105度，从而控制滑轨10绕着自身轴线旋转105度，完成机翼的一次折叠，同时使机翼离开机身的束缚，解开机翼X轴的锁定；最后给步进电机3通电，控制螺纹杆18转动，从而使滑块9沿着滑轨10向前移动，滑块9的移动会通过后凸台23带动与凸台相连的后连杆2转动，从而带动与后连杆固连的机翼11绕Y轴转动，完成机翼的二次折叠。

机翼展开时，首先给步进电机3通电，使螺纹杆18反转，从而使与螺纹杆18螺纹配合的滑块9向机身后方移动，带动与滑块9通过后凸台23相连的后连杆2转动，进而带动与后连杆2固连的机翼11转动，直到前连杆1和后连杆2形成一条直线，完成对折叠机翼的一次展开。而后给舵机4通电，控制其中转盘反向旋转105度，从而控制滑轨10绕着自身轴线反向旋转105度，此时滑轨与机身在同一平面，完成折叠机翼的第二次展开。机翼11完全展开后，断开电磁锁7和20的电源，此时铁块5和14分别在弹簧6和21的弹性作用下移动到滑轨对应凹槽内，从而将滑轨锁定；最后断开折叠展开锁19的电源，使铁块13在弹簧8的作用下移动到机翼翼根端面凹槽内，完成机身对机翼的锁定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：包括一次折叠驱动装置、二次折叠驱动装置和锁定支撑组件；

所述锁定支撑组件安装在机身内，用于在机翼正常展开状态下，对机翼进行支撑和承力，并对机翼的展开状态进行锁定；同时当需要机翼折叠时，能够对机翼进行解锁；

所述一次折叠驱动装置实现机翼相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动，每侧机翼各对应安装有一组一次折叠驱动装置；

所述一次折叠驱动装置包括第一驱动装置和滑轨；第一驱动装置固定安装在机身内，滑轨平行与X轴并安装在机身一侧的滑槽内，且滑轨能够在第一驱动装置的驱动下，绕自身轴线转动；当机翼与机身解锁后，滑轨绕自身轴线的转动能够实现同一侧机翼相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动；

所述二次折叠驱动装置包括第二驱动装置、螺纹杆、滑块、前连杆和后连杆；螺纹杆平行与滑轨，并通过固定安装在滑轨上的前支架和后支架进行支撑，螺纹杆一端与前支架通过转动配合，螺纹杆另一端穿过后支架后与第二驱动装置固定连接，且螺纹杆与后支架转动配合，螺纹杆能够在第二驱动装置驱动下绕自身轴线转动；所述滑块既安装在螺纹杆上，也安装在滑轨上，滑块与螺纹杆螺纹配合，同时滑块也配合安装在滑轨上，通过滑轨限制滑块绕螺纹杆轴线的转动自由度，当第二驱动装置驱动螺纹杆转动时，能够带动滑块沿滑轨直线移动；

所述前连杆端部和后连杆端部之间通过铰链连接，前连杆另一端部与固定在滑轨上的前凸台铰链连接，后连杆另一端部与固定在滑块上的后凸台铰链连接，三个铰链轴均垂直于机翼展向平面；机翼靠近翼根部位的翼面上具有连接件，连接件与后连杆固定连接；

在机翼处于展开状态时，前连杆与后连杆处于最大展开状态；当机翼进行一次折叠时，滑轨绕自身转动时，前连杆与后连杆保持最大展开状态，同步随滑轨转动，带动机翼实现其相对飞行器机体坐标系X轴的折叠转动；当机翼一次折叠到位后，通过第二驱动装置带动螺纹杆转动，驱动滑块沿轴线运动，进而带动前连杆与后连杆相对折叠，后连杆在运动过程中带动机翼同步进行二次折叠。

2.根据权利要求1所述一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：所述锁定支撑组件包括支撑梁和折叠展开锁定组件；支撑梁安装在机身内部，是机翼正常展开状态下的主承力结构；所述折叠展开锁组件采用电磁锁定和解锁方式，在支撑梁端面安装有折叠展开锁以及第一铁块，折叠展开锁与第一铁块之间通过套有第一弹簧的导杆连接，导杆一端与第一铁块固连，另一端能够向支撑梁内部滑动；折叠展开锁非通电状态下，第一弹簧提供推力将第一铁块推出，第一铁块伸入机翼翼根端面对应形状的凹槽中，将机翼与支撑梁刚性连接；当折叠展开锁通电后，折叠展开锁吸引第一铁块克服第一弹簧的推力向支撑梁方向移动，使第一铁块脱离机翼根部对应的凹槽，解开机身对机翼的锁定。

3.根据权利要求2所述一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：所述支撑梁采用一根整体工字梁垂直于机身对称面安装在机身内。

4.根据权利要求2所述一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：在机身内还安装了电磁锁定设备，对一次折叠驱动装置进行电磁锁定和释放；所述电磁锁定设备包括电磁锁、第二铁块和第二弹簧；电磁锁固定在机身内部，具有轴向通孔，第二铁块上具有导杆，导杆伸入电磁锁的轴向通孔内，且导杆上套有第二弹簧；电磁锁非通电状态下，第二弹簧提供推力将第二铁块推出，第二铁块伸入一次折叠驱动装置中滑轨侧面的对应凹槽或通孔内，将滑轨锁定；而当电磁锁通电后，电磁锁吸引第二铁块克服第二弹簧推力向电磁锁方向移动，使第二铁块脱离滑轨，解开对滑轨的锁定。

5.根据权利要求4所述一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：在机身内部安装了两组电磁锁定设备，分别对应在滑轨两端侧面对其进行转动自由度的锁定和释放。

6.根据权利要求1所述一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：所述第一驱动装置采用舵机，第二驱动装置采用步进电机。

7.根据权利要求1所述一种高强度的新型机翼折叠机构，其特征在于：在前连杆端部和后连杆端部之间的连接铰链处可以设置限位装置，使前连杆与后连杆只能向外折叠。

Images