CN112550666A - 一种无人机机翼的折叠机构 - Google Patents

Abstract

一种无人机机翼的折叠机构，属于航空飞行器结构设计领域，针对无人机机翼展长容易受所搭载平台纵向尺寸约束问题，给出了折叠后机翼随折叠机构相对机身纵向移动，充分利用无人机纵向空间，进而增加机翼展长的技术方案。本发明的机翼折叠机构包括机构本体及纵向运动机构；本发明利用增加展长的方法增加机翼升力面积，为此类无人机(受所搭载平台纵向空间约束)在总体设计阶段赢得了设计空间。

Description

一种无人机机翼的折叠机构

技术领域

本发明涉及一种无人机机翼的折叠机构，属于航空飞行器总体结构设计领域。

背景技术

由身管火炮或短程导弹投递布撒至战区上空的无人机机翼一般需要折叠，折叠机翼一般分为充气式机翼和非充气式机翼两种。因投递平台的约束，无人机机翼一般需要折叠在机身横向包络内(这种约束大多来自所搭载平台本身)。充气式机翼折叠后的空间远远小于展开后的体积，可以直接折叠在机身内。非充气式机翼一般可将机翼分段折叠在机身包络内，或者将机翼整体(左、右机翼分别为整体)折叠在机身纵轴方向。

国内外现有产品大多采用了机翼向机身纵轴方向折叠，以减少对飞行器横向空间依赖的思路。这种机翼折叠方案特点是折叠机构设计简单、可靠性高等。但是，在此种方案中，机翼弦长受搭载平台内壁包络约束，机翼展长又受机翼在全机纵向位置约束，很难通过增大机翼升力面积的方式增加全机升力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无人机机翼的折叠机构，利用机翼相对机身的纵向移动，增大机翼展向设计空间，进而增大机翼升力面积。

本发明的技术解决方案是：

一种无人机机翼的折叠机构，包括机构本体、机身、拉簧、右纵向导轨和左纵向导轨；

机身内侧相对的位置设置有矩形状的右纵向导轨和左纵向导轨，右纵向导轨和左纵向导轨上均设计有导槽；拉簧一端与所述机构本体固定连接，另一端与固定杆连接，所述固定杆与机身固接；初始时，机翼折叠在机构本体上，且与机身纵向平行，机翼翼稍一侧约束在弹舱内壁上；无人机抛撒后纵向约束解除，拉簧带动机构本体沿右纵向导轨和左纵向导轨向机尾方向运动，机翼移动至飞行状态下纵向位置后，机构本体固定在机身上，之后，折叠机翼横向展开。

机构本体包括盒体以及位于盒体中的第一弹簧销、第二弹簧销、左上盖、左基座、右上盖、右基座、右转轴、右轴承、第一扭簧和第二扭簧；

盒体与拉簧连接，第一弹簧销穿过盒体后与右纵向导轨的导槽滑动连接，且第一弹簧销与盒体固定连接；第二弹簧销穿过盒体后与左纵向导轨的导槽滑动连接，且第二弹簧销与盒体固定连接；

左上盖与左基座固定连接后，内部形成第一腔体，左基座与盒体固定连接；右上盖与右基座固定连接后，内部形成第二腔体；

右转轴与右轴承固定连接后安装在第二腔体中，右转轴与右轴承相互能够作旋转运动；所述右转轴上设有盲孔，所述第一扭簧套在右转轴上，一端与所述盲孔连接；所述右上盖上设有通孔，第一扭簧的另一端通过通孔与所述右上盖连接；左转轴与左轴承固定连接后安装在第一腔体中，左转轴与左轴承相互能够作旋转运动；所述左转轴上设有盲孔，所述第二扭簧套在左转轴上，第二扭簧的一端与所述盲孔连接；所述左上盖上设有通孔，第二扭簧的另一端通过通孔与所述左上盖连接；

右转轴穿过右上盖后，与右机翼固连；左转轴穿过左上盖后，与左机翼固连。

在右纵向导轨的导槽和机身上对应设置有第一通孔，左纵向导轨的导槽和机身上对应设置有第二通孔，当机构本体沿右纵向导轨和左纵向导轨向机尾方向运动到位后，第一弹簧销插入第一通孔，第二弹簧销插入第二通孔，实现锁定。

机构本体还包括第一挡块、第二挡块、第三弹簧销和第四弹簧销；

右基座两侧安装有第一挡块和第二挡块，第一挡块和第二挡块固定在盒体上；第一挡块上设有第三通孔，第二挡块上设有第四通孔，第三弹簧销穿过第四通孔与第二挡块固定连接，第四弹簧销穿过第三通孔与第一挡块固定连接，右基座能够沿第一挡块和第二挡块上下滑动，且右基座两侧设置导槽，导槽中设置有通孔，右基座向上运动至一定位置后，所述第三弹簧销、第四弹簧销卡入右基座两侧通孔中，实现位置锁定。

机构本体还包括基轴和弹簧；

基轴固定在盒体底面上，弹簧套在基轴上，基轴顶端从右基座底部插入右基座腔体中；

初始时，弹簧为压紧状态。

右转轴顶部固连一个扇形片，左上盖上安装有一个耳片，初始时，所述扇形片位于所述耳片下方，通过所述耳片约束所述右基座的向上运动。

扇形片的圆心角为90°。

在左上盖上设置有第一机翼弹簧销，用于在左机翼展开到位后对其进行限位锁死。

右上盖上设置有第二机翼弹簧销，用于在右机翼展开到位后对其进行限位锁死。

一种无人机机翼的折叠机构的展开方法，包括如下步骤：

步骤一、无人机抛撒后，机翼纵向约束解除，拉簧所存储的弹性势能驱动盒体带动机翼向飞行状态下纵向位置展开，机翼纵向移动到位后，由第一弹簧销、第二弹簧销将盒体与机身固定连接；

步骤二、右转轴在第一扭簧作用下驱动右机翼向右侧横向展开，左转轴在第二扭簧作用下驱动左机翼向左侧横向展开，机翼横向展开到位后，由第一机翼弹簧销对左机翼进行限位锁死，由第二机翼弹簧销对右机翼进行限位锁死；

在机翼展开过程中，左上盖上的耳片通过右转轴上的扇形片约束了右机翼在机背方向的运动；

步骤三、机翼横向展开到位并锁死后，耳片对扇形片的约束解除，弹簧驱动右基座带动右机翼向机背方向运动，使左、右机翼在高度方向对称，右机翼向机背方向运动结束后，通过第三弹簧销、第四弹簧销实现机翼与机身的固定连接。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)利用机翼翼根处折叠与展开时纵向位置不同，充分利用机身纵向空间，从而达到在机翼弦长不变的情况下，实现增加机翼展向设计空间并增大机翼升力面积的目的。

(2)本发明在同等设计空间下，实现了更大的升力需求；

(3)本发明中的机翼折叠机构，采用了一体化设计方法，优化了设计空间，减少了额外质量。

附图说明

图1为机翼折叠机构总体图；

图2为机翼折叠机构内部图；

图3为右转轴、第一扭簧、第四弹簧销、右基座连接图；

图4为第一机翼弹簧销、右基座连接关系图；右转轴与左上盖关系图；

图5为基轴、弹簧、右基座连接图；

图6为第四弹簧销与右基座作用关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

本发明从机翼在折叠前(展开状态)与折叠后翼根所处机身纵向位置不同入手，增加机翼展长设计空间，从而达到增加机翼升力面积的目的。

整个无人机机翼折叠机构设计方案工作原理如下：

无人机利用投递平台进行布撒至任务区上空，在抛撒之前，机翼以折叠形态装载于搭载平台中。机翼弦长受搭载平台内壁包络约束，机翼展长又受机翼在全机纵向位置约束，很难通过增大机翼升力面积的方式增加全机升力。本发明从机翼在折叠前与折叠后翼根所处机身纵向位置不同入手，充分利用机身纵向空间，挖掘机翼展长设计潜力，从而达到增加机翼升力面积的目的。

本发明折叠机构包括机构本体及纵向运动机构。如图1-6所示，纵向运动机构包括机构本体1、机身2、拉簧3、右纵向导轨4和左纵向导轨5。

机身2内侧相对的位置设置有矩形状的右纵向导轨4和左纵向导轨5，右纵向导轨4和左纵向导轨5上均设计有导槽。拉簧3一端与机构本体1固定连接，另一端与固定杆连接，固定杆与机身固接。初始时，机翼折叠在机构本体1上，且与机身2纵向平行，机翼翼稍一侧约束在弹舱内壁上。

无人机抛撒后纵向约束解除，拉簧3带动机构本体1沿右纵向导轨4和左纵向导轨5向机尾方向运动，机翼移动至飞行状态下纵向位置后，机构本体1固定在机身2上，之后，折叠机翼横向展开。

机构本体1包括盒体6以及位于盒体6中的第一弹簧销9、第二弹簧销10、左上盖8、左基座20、右上盖7、右基座19、右转轴11、右轴承17、第一扭簧21、第二扭簧22、第一挡块13、第二挡块14、第三弹簧销15、第四弹簧销16、基轴25、弹簧26、第一机翼弹簧销23和第二机翼弹簧销24。

盒体6与拉簧3连接，第一弹簧销9穿过盒体6后与右纵向导轨4的导槽滑动连接，且第一弹簧销9与盒体6固定连接；第二弹簧销10穿过盒体6后与左纵向导轨5的导槽滑动连接，且第二弹簧销10与盒体6固定连接。

左上盖8与左基座20固定连接后，内部形成第一腔体，左基座20与盒体6固定连接；右上盖7与右基座19固定连接后，内部形成第二腔体。右转轴11与右轴承17固定连接后安装在第二腔体中，右转轴11与右轴承17相互能够作旋转运动；右转轴11上设有盲孔，第一扭簧21套在右转轴11上，一端与所述盲孔连接；右上盖7上设有通孔，第一扭簧21的另一端通过通孔与所述右上盖7连接；左转轴12与左轴承18固定连接后安装在第一腔体中，左转轴12与左轴承18相互能够作旋转运动；左转轴12上设有盲孔，第二扭簧22套在左转轴12上，第二扭簧22的一端与所述盲孔连接；左上盖8上设有通孔，第二扭簧22的另一端通过通孔与所述左上盖8连接。右转轴11穿过右上盖7后，与右机翼固连；左转轴12穿过左上盖8后，与左机翼固连。

右轴承17与右基座19、左轴承18与左基座20过盈连接，右转轴11与右轴承17、左转轴12与左轴承18连接；右转轴11可基于右基座19旋转，左转轴12可基于左基座20旋转。第一扭簧21与右上盖7连接，并驱动右转轴11旋转至机翼展开位置。第二扭簧22与左上盖8连接，并驱动左转轴12旋转至机翼展开位置。

在右纵向导轨4的导槽和机身上对应设置有第一通孔，左纵向导轨5的导槽和机身上对应设置有第二通孔，当机构本体1沿右纵向导轨4和左纵向导轨5向机尾方向运动到位后，第一弹簧销9插入第一通孔，第二弹簧销10插入第二通孔，实现锁定。

右基座19两侧安装有第一挡块13和第二挡块14，第一挡块13和第二挡块14固定在盒体6上；第一挡块13上设有第三通孔，第二挡块14上设有第四通孔，第三弹簧销15穿过第四通孔与第二挡块14固定连接，第四弹簧销16穿过第三通孔与第一挡块13固定连接，第三弹簧销15、第四弹簧销16与所述右基座19滑动连接，即右基座19能够沿第一挡块13和第二挡块14上下滑动，且右基座19两侧设置导槽，导槽中设置有通孔，右基座19向上运动至一定位置后，所述第三弹簧销15、第四弹簧销16卡入右基座19两侧通孔中，实现位置锁定。第一挡块13和第二挡块14与盒体6固定连接，起约束右基座19和连接第三弹簧销15、第四弹簧销16作用。

基轴25固定在盒体6底面上，弹簧26套在基轴25上，基轴25顶端从右基座19底部插入右基座19腔体中；初始时，弹簧26为压紧状态。当无人机被抛撒后，右转轴11向机翼展开位置旋转90°，右基座19竖向约束解除，弹簧26所存储的弹性势能将右基座19驱动至机翼展开位置下的高度，并通过第三弹簧销15、第四弹簧销16锁定限位。

右转轴11顶部固连一个扇形片，左上盖8上安装有一个耳片，初始时，所述扇形片位于所述耳片下方，通过所述耳片约束所述右基座19的向上运动。扇形片的圆心角为90°。

在左上盖8上设置有第一机翼弹簧销23，用于在左机翼展开到位后对其进行限位锁死。右上盖7上设置有第二机翼弹簧销24，用于在右机翼展开到位后对其进行限位锁死。

盒体6在拉簧3作用下，沿右纵向导轨4、左纵向导轨5向机翼展开方向运动；机翼移动至飞行状态下纵向位置后，第一弹簧销9、第二弹簧销10分别卡入所述机身2两侧通孔中。

基轴25固定在盒体6底面上，弹簧26套在基轴25上，基轴25顶端从右基座19底部插入右基座19腔体中。初始时，弹簧26为压紧状态。

本发明设计机翼展开过程包含三个自由度运动，即：1)盒体6沿右纵向导轨4、左纵向导轨5的纵向运动；2)左、右机翼分别绕左转轴12、右转轴11的旋转运动；3)右机翼沿基轴25的竖向(机背)方向运动。折叠机翼在上三种运动结束后将展开至正常飞行状态。运动1)运动结束后由第一弹簧销9、第二弹簧销10将机翼纵向位置限位锁死，本步骤解决了机翼纵向位置展开问题；运动2)运动结束后由第一机翼弹簧销23、第二机翼弹簧销24限位锁死，本步骤解决了机翼由纵向折叠向正常(横向)展开问题；运动3)运动结束后由第三弹簧销15、第四弹簧销16限位锁死，本步骤解决了左右机翼在机背方向对称问题(因空间约束，左、右机翼折叠时保持一上一下状态)。运动1)由拉簧3驱动；运动2)由第一扭簧21、第二扭簧22驱动；运动3)由弹簧26驱动。运动1)与运动2)互相不干涉，机翼表面不规则，为避免运动2)中机翼接触产生摩擦力致展开失败，在右转轴11与左上盖8上分别设置了扇形面与耳片，这种设计保证了运动2)运动结束后运动3)开始运动。在机翼展开过程中，左机翼执行了运动1)与运动2)，右机翼执行了运动1)、运动2)、运动3)。运动1)与运动3)为线运动，采用了导轨/导槽机构形式；运动2)为旋转运动，采用了轴承机构形式。运动1)、运动2)、运动3)运动均采用弹性势能驱动。

本发明具体实施过程如下：

1)投递平台与无人机完成分离后，机翼在纵向约束解除，图2中拉簧3所存储的弹性势能驱动盒体6带动机翼向飞行状态下纵向位置展开，机翼向纵向移动到位后，由第一弹簧销9、第二弹簧销10将盒体6与机身2固定连接。拉簧3一端与盒体6连接，另一端与机身连接。

2)投递平台与无人机完成分离后，机翼在横向约束解除，图2中右转轴11、左转轴12在第一扭簧21、第二扭簧22作用下驱动机翼向横向展开，机翼向横向展开到位后，由第一机翼弹簧销23、第二机翼弹簧销24、将机翼与右上盖7、左上盖8固定连接。在此运动过程中，左上盖8上的耳片通过右转轴11上的扇形片约束了右机翼在机背方向的运动。如图4所示。

3)机翼横向展开到位并锁死后，右机翼在机背方向的约束解除，弹簧26驱动右基座19带动右机翼向机背方向运动，使左、右机翼在高度方向(机背方向)对称，右机翼向机背方向运动结束后，由第三弹簧销15、第四弹簧销16将机翼与机身固定连接。第一挡块13、第二挡块14在此运动过程中起导轨作用。如图3、5、6所示。

在右转轴11、左转轴12转动过程中，右转轴11上的扇形片为90°，机翼由纵向向横向旋转90°后，右转轴11上的扇形片与左上盖8的耳片面接触约束解除。如图4所示。

本发明针对无人机机翼展长容易受所搭载平台纵向尺寸约束问题，给出了折叠后机翼随折叠机构相对机身纵向移动，充分利用无人机纵向空间，进而增加机翼展长的技术方案。本发明的机翼折叠机构包括机构本体及纵向运动机构；本发明利用增加展长的方法增加机翼升力面积，为此类无人机(受所搭载平台纵向空间约束)在总体设计阶段赢得了设计空间。

本发明设计拓宽了无人机总体设计方案思路，部分解决了总体设计中关于有效载荷与航时的约束问题。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于，包括机构本体(1)、机身(2)、拉簧(3)、右纵向导轨(4)和左纵向导轨(5)；

机身(2)内侧相对的位置设置有矩形状的右纵向导轨(4)和左纵向导轨(5)，右纵向导轨(4)和左纵向导轨(5)上均设计有导槽；拉簧(3)一端与所述机构本体(1)固定连接，另一端与固定杆连接，所述固定杆与机身固接；初始时，机翼折叠在机构本体(1)上，且与机身(2)纵向平行，机翼翼稍一侧约束在弹舱内壁上；无人机抛撒后纵向约束解除，拉簧(3)带动机构本体(1)沿右纵向导轨(4)和左纵向导轨(5)向机尾方向运动，机翼移动至飞行状态下纵向位置后，机构本体(1)固定在机身(2)上，之后，折叠机翼横向展开。

2.根据权利要求1所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：机构本体(1)包括盒体(6)以及位于盒体(6)中的第一弹簧销(9)、第二弹簧销(10)、左上盖(8)、左基座(20)、右上盖(7)、右基座(19)、右转轴(11)、右轴承(17)、第一扭簧(21)和第二扭簧(22)；

盒体(6)与拉簧(3)连接，第一弹簧销(9)穿过盒体(6)后与右纵向导轨(4)的导槽滑动连接，且第一弹簧销(9)与盒体(6)固定连接；第二弹簧销(10)穿过盒体(6)后与左纵向导轨(5)的导槽滑动连接，且第二弹簧销(10)与盒体(6)固定连接；

左上盖(8)与左基座(20)固定连接后，内部形成第一腔体，左基座(20)与盒体(6)固定连接；右上盖(7)与右基座(19)固定连接后，内部形成第二腔体；

右转轴(11)与右轴承(17)固定连接后安装在第二腔体中，右转轴(11)与右轴承(17)相互能够作旋转运动；所述右转轴(11)上设有盲孔，所述第一扭簧(21)套在右转轴(11)上，一端与所述盲孔连接；所述右上盖(7)上设有通孔，第一扭簧(21)的另一端通过通孔与所述右上盖(7)连接；左转轴(12)与左轴承(18)固定连接后安装在第一腔体中，左转轴(12)与左轴承(18)相互能够作旋转运动；所述左转轴(12)上设有盲孔，所述第二扭簧(22)套在左转轴(12)上，第二扭簧(22)的一端与所述盲孔连接；所述左上盖(8)上设有通孔，第二扭簧(22)的另一端通过通孔与所述左上盖(8)连接；

右转轴(11)穿过右上盖(7)后，与右机翼固连；左转轴(12)穿过左上盖(8)后，与左机翼固连。

3.根据权利要求2所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：在右纵向导轨(4)的导槽和机身上对应设置有第一通孔，左纵向导轨(5)的导槽和机身上对应设置有第二通孔，当机构本体(1)沿右纵向导轨(4)和左纵向导轨(5)向机尾方向运动到位后，第一弹簧销(9)插入第一通孔，第二弹簧销(10)插入第二通孔，实现锁定。

4.根据权利要求3所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：机构本体(1)还包括第一挡块(13)、第二挡块(14)、第三弹簧销(15)和第四弹簧销(16)；

右基座(19)两侧安装有第一挡块(13)和第二挡块(14)，第一挡块(13)和第二挡块(14)固定在盒体(6)上；第一挡块(13)上设有第三通孔，第二挡块(14)上设有第四通孔，第三弹簧销(15)穿过第四通孔与第二挡块(14)固定连接，第四弹簧销(16)穿过第三通孔与第一挡块(13)固定连接，右基座(19)能够沿第一挡块(13)和第二挡块(14)上下滑动，且右基座(19)两侧设置导槽，导槽中设置有通孔，右基座(19)向上运动至一定位置后，所述第三弹簧销(15)、第四弹簧销(16)卡入右基座(19)两侧通孔中，实现位置锁定。

5.根据权利要求4所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：机构本体(1)还包括基轴(25)和弹簧(26)；

基轴(25)固定在盒体(6)底面上，弹簧(26)套在基轴(25)上，基轴(25)顶端从右基座(19)底部插入右基座(19)腔体中；

初始时，弹簧(26)为压紧状态。

6.根据权利要求5所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：右转轴(11)顶部固连一个扇形片，左上盖(8)上安装有一个耳片，初始时，所述扇形片位于所述耳片下方，通过所述耳片约束所述右基座(19)的向上运动。

7.根据权利要求6所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：扇形片的圆心角为90°。

8.根据权利要求2所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：在左上盖(8)上设置有第一机翼弹簧销(23)，用于在左机翼展开到位后对其进行限位锁死。

9.根据权利要求2所述的一种无人机机翼的折叠机构，其特征在于：右上盖(7)上设置有第二机翼弹簧销(24)，用于在右机翼展开到位后对其进行限位锁死。

10.一种无人机机翼的折叠机构的展开方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、无人机抛撒后，机翼纵向约束解除，拉簧(3)所存储的弹性势能驱动盒体(6)带动机翼向飞行状态下纵向位置展开，机翼纵向移动到位后，由第一弹簧销(9)、第二弹簧销(10)将盒体(6)与机身(2)固定连接；

步骤二、右转轴(11)在第一扭簧(21)作用下驱动右机翼向右侧横向展开，左转轴(12)在第二扭簧(22)作用下驱动左机翼向左侧横向展开，机翼横向展开到位后，由第一机翼弹簧销(23)对左机翼进行限位锁死，由第二机翼弹簧销(23)对右机翼进行限位锁死；

在机翼展开过程中，左上盖(8)上的耳片通过右转轴(11)上的扇形片约束了右机翼在机背方向的运动；

步骤三、机翼横向展开到位并锁死后，耳片对扇形片的约束解除，弹簧(26)驱动右基座(19)带动右机翼向机背方向运动，使左、右机翼在高度方向对称，右机翼向机背方向运动结束后，通过第三弹簧销(15)、第四弹簧销(16)实现机翼与机身的固定连接。

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