CN112722247A - 一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，属于航空飞行器技术领域；包括侧立板、涵道风扇、增升翼面、作动器、连杆、滑轨和滚动轴承；所述涵道风扇和增升翼面平行相对设置，两端分别通过三个连杆安装于两个平行的侧立板之间的滑轨上，在作动器的作用下，三个连杆用于传递作动器的动力以及驱动所述涵道风扇倾转，将收放装置分解成滑块曲柄机构与四连杆机构组合而成的复合机构；本发明利用三个连杆，将收放装置分解成滑块曲柄机构与四连杆机构组合而成的复合机构，滑块曲柄机构与四连杆机构作为基础机构，有结构简单，可靠性高的优点。增升翼面的实时位置及角度由所述滑轨决定，在有限空间内能够实现满足气动设计需求的较大后退量与偏转角。

Description

一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置
技术领域
本发明属于航空飞行器技术领域，具体涉及一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置。
背景技术
随着科技的不断进步，飞行器在侦察、航测、森林防护、应急救灾等各方面都起到了不可替代的作用。传统的固定翼飞行器具有载重大、速度快、实用升限高等优点，但是它的起降条件要求很高，要有很长的跑到供其加速。而直升机虽然能够垂直起降，不需要跑道，机动性也强于固定翼飞行器，但直升机的速度较慢，载重小，实用升限低。因此具有垂直/短距起降功能的固定翼飞行器成为了未来飞机发展的一个重要方向，它既有直升机垂直起降的优点，又有固定翼飞机巡航速度高的优点。
现有形式的垂直/短距起降固定翼飞行器基本上多采用推力转向的方法来完成垂直/短距起降动作，这类飞行器存在死重大、飞行效率低的缺陷。为了改善这一类垂直/短距起降飞行器对于起降效率和巡航效率要求的矛盾，目前的研究考虑利用涵道风扇的尾流，通过在涵道风扇的出口布置增升翼面来提高整体动力装置的气动效率。但是动部件数量的增加势必会对于转换机构提出更严苛的要求，现有的转换机构均存在机构复杂、可靠性不高、废重大、有效载荷率低及维护难度大等不足之处。而目前针对转换机构的研究较少，对于垂直/短距起降飞行器的研究多集中在其空气动力学、飞行力学以及飞行控制等相关领域。
综上可以看出，现有的转换机构都不能很好的满足目前对于涵道风扇耦合增升翼面面的动力装置的运动学及动力学要求，还需要更进一步的研究与探索。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，从而实现包括涵道风扇及增升翼面在内的动力装置能够同步运动至起飞和巡航所需的位置，且具有复杂程度低，造价低廉，易于维修的优点。
本发明的技术方案是：一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，其特征在于：包括侧立板、涵道风扇、增升翼面、作动器、第一连杆、第二连杆、第三连杆、滑轨和滚动轴承；所述涵道风扇和增升翼面平行相对设置，两端分别通过三个连杆安装于两个平行的侧立板之间；
所述侧立板为平板结构，平行且相对固定于机身上；两组所述滑轨分别固定于两个侧立板内侧，每组滑轨包括两条轨道，分别作为增升翼面的前缘和尾缘的运动轨迹；
所述涵道风扇由多个并列设置的涵道动力单元组成一体结构，其两侧壁通过转轴分别与两个侧立板连接，能够相对机身绕转轴倾转，所述转轴位于所述涵道风扇两侧壁靠近机身一侧的下沿；
所述增升翼面的的展向平行于涵道风扇，其两端面的前缘和尾缘处分别通过滚动轴承与两侧滑轨的两条轨道滑动连接，能够沿滑轨相对机身旋转移动；增升翼面两端面的中部均垂直设置有圆杆；
所述第一连杆和第三连杆均为直连杆；第二连杆为异形结构，其上端为直杆结构，并沿长度方向开有长孔；第二连杆下端的两侧分别设置有第一短轴和第二短轴，两个短轴平行并都垂直于直杆部分设置，且第二短轴位于下端头处、并朝向远离机身一侧，第一短轴的竖直高度高于第二短轴；所述第一连杆的一端与作动器的输出轴铰接，另一端与第二连杆的第二短轴端头处铰接；所述第三连杆的一端与涵道风扇出口处的侧壁铰接，另一端与第二连杆的第一短轴端头处铰接；所述增升翼面两端的圆杆分别插入两个第三连杆的长孔内，在增升翼面沿滑轨滑动时，能够相对所述第三连杆的轴向运动；三个连杆用于传递作动器的动力以及驱动所述涵道风扇倾转，将收放装置分解成滑块曲柄机构与四连杆机构组合而成的复合机构；
所述作动器设置于靠近机身一侧，为本装置提供直线驱动力。
本发明的进一步技术方案是：所述滑轨的轨道包括初始段、过渡段和终止段，初始段为倾斜向上的平直轨道；终止段端为圆弧轨道，圆弧的圆心与所述涵道风扇的转轴重合；过渡段位于初始段和终止段之间，两端分别与初始段、终止段相切并逐渐平缓过渡。
本发明的进一步技术方案是：所述轨道的两端设置有限位块，用于防止增升翼面滑脱。
本发明的进一步技术方案是：所述第一连杆和第三连杆的长度小于第二连杆的长度。
本发明的进一步技术方案是：所述作动器为丝杆步进电机。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明所述的动力收放装置可以作为垂直/短距起降飞行器的动力系统。装置的优点在于：
所述增升翼面的实时位置及角度由所述滑轨决定，在有限空间内能够实现满足气动设计需求的较大后退量与偏转角。参照图1，经过一次特定位置的设计计算，最终增升翼面后退距离达到340mm，偏转角度达到70°。
利用第一连杆5，第二连杆6和第三连杆7，将收放装置分解成滑块曲柄机构与四连杆机构组合而成的复合机构，滑块曲柄机构与四连杆机构作为基础机构，有结构简单，可靠性高的优点。结合所述滑轨在两端分担所受应力，可以减轻对于部件刚度的要求。参照图1的特定尺寸，在确定的重力及气动载荷下进行强度校核计算，所述滑轨的最大变形为5.82×10-3mm，所述连杆的最大变形为0.0212mm。
利用在所述增升翼面两侧伸出圆形杆件以及在第二连杆6的长轴上开槽，实现了所属增升翼面的运动及所述涵道风扇的定轴转动通过一套作动机构即可完成，降低了装置的复杂程度，提高其可靠性，并在一定程度上减轻无人机的结构重量、设备重量并提高了装置的工作效率。参照图1的特定尺寸，在确定的重力及气动载荷下进行动力学仿真，本装置在500N驱动力的作用下，在0.36s时间内就可以完成收放动作，且需用的最低驱动力小于250N。
附图说明
图1为本发明翼面收放装置的结构示意图。
图2为本发明翼面收放装置的主视图。
图3为本发明翼面收放装置的俯视图。
图4为本发明翼面收放装置的侧视图。
图5为本发明动力收放装置的方位示意图。
附图标记说明：1、侧立板，2、涵道风扇，3、增升翼面，4、作动器，5、第一连杆，6、第二连杆，7、第三连杆，8、滑轨，9、滚动轴承。
具体实施方式
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。
本实施例为一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置。
参阅图1、图2、图3、图4，本实施例动力收放装置，由侧立板1、涵道风扇2、增升翼面3、作动器4、第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7、滑轨8、滚动轴承9组成。
其中侧立板1平行且相对固连在机身上。
所述涵道风扇2和增升翼面3的结合作为飞行器的动力部件。在巡航状态下，所述增升翼面3安放于所述涵道风扇2上方，当飞行器由巡航状态过渡进入起降状态，所述增升翼面3与所述涵道风扇2同步运动，所述涵道风扇2相对机身绕转轴倾转，转轴位于所述涵道风扇2靠近机身一侧的下沿，使得所述涵道风扇2与机身铰接。所述增升翼面3沿所述滑轨8运动，相对机身既有平动也有转动，即为复合运动。
所述增升翼面3的展向平行于涵道风扇2，其两端面的前缘和尾缘处分别通过滚动轴承9与两侧滑轨的两条轨道滑动连接，能够沿滑轨相对机身旋转移动；在所述增升翼面3的两侧延伸出圆形杆件，插入第二连杆6上的长孔，在第二连杆6以及增升翼面3在运动过程中，增升翼面3具有相对第二连杆6轴向运动的自由度。
所述作动器4作为本装置的驱动部件，为收放装置提供直线驱动力，举例而言，可以选用丝杆步进电机。
所述连杆共有三种尺寸，每种尺寸在所述涵道风扇2及增升翼面3的两侧分别安装。参照图4，第一连杆5和第三连杆7为平直连杆，第二连杆6是一个具有三根分支的特殊连杆，其中较长的分支用于驱动增升翼面3沿滑轨8，两根较短的分支分别与所述第一连杆5和第二连杆7铰接，用于传递作动器4的动力以及驱动所述涵道风扇2倾转，将收放装置分解成滑块曲柄机构与四连杆机构组合而成的复合机构。
所述第一连杆5一端与所述作动器铰接，一端与第二连杆6铰接。
所述第二连杆6的两根短轴分别与第一连杆5，第三连杆7铰接，在长轴上开槽，使所述增升翼面3的突出部分能够沿长轴方向运动。
所述第三连杆7一端与第二连杆6铰接，一端与涵道风扇2的外侧铰接。
所述滑轨8置于动力部件两侧，位于所述侧立板1上，所述侧立板1与机身固连，所述滑轨8包括内外两条轨道，以限制在运动过程中所述增升翼面3的倾转角度。
所述滑轨8的外形设计主要分为三段，包括初始段、过渡段以及终止段。为了避免增升翼面3在运动过程中与涵道风扇2发生碰撞干涉，初始段轨道设计为斜向上的平直轨道。终止段轨道设计考虑所述增升翼面3与所述涵道风扇5的同步运动，设计为圆弧段，圆心位置与所述涵道风扇的转轴位置重合，滑轨半径及圆心角与与实际的增升翼面运动需求有关。过渡段滑轨设计与前后两端相切，使得增升翼面3在运动过程中尽量顺滑。
所述滚动轴承9位于增升翼面3的两侧，与增升翼面3固连，受限制在滑轨8中运动，以降低摩擦力对增升翼面3运动的影响。当作动器4提供直线驱动力之后，通过第一连杆5，拉动第二连杆6绕自身转轴转动。
进一步地，第二连杆6的转动通过第三连杆7，拉动涵道风扇2绕自身转轴转动。
进一步地，第二连杆6长轴的转动，通过在长轴上的开槽以及增升翼面3圆形杆件之间的挤压接触，为增升翼面3的运动提供驱动力。
进一步地，利用滑轨8及滚动轴承9，增升翼面3在驱动力下的运动轨迹可以满足气动计算结果，从而完成起飞和巡航阶段的转换收放动作。
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 (5)

1.一种应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，其特征在于：包括侧立板、涵道风扇、增升翼面、作动器、第一连杆、第二连杆、第三连杆、滑轨和滚动轴承；所述涵道风扇和增升翼面平行相对设置，两端分别通过三个连杆安装于两个平行的侧立板之间；
所述侧立板为平板结构，平行且相对固定于机身上；两组所述滑轨分别固定于两个侧立板内侧，每组滑轨包括两条轨道，分别作为增升翼面的前缘和尾缘的运动轨迹；
所述涵道风扇由多个并列设置的涵道动力单元组成一体结构，其两侧壁通过转轴分别与两个侧立板连接，能够相对机身绕转轴倾转，所述转轴位于所述涵道风扇两侧壁靠近机身一侧的下沿；
所述增升翼面的的展向平行于涵道风扇，其两端面的前缘和尾缘处分别通过滚动轴承与两侧滑轨的两条轨道滑动连接，能够沿滑轨相对机身旋转移动；增升翼面两端面的中部均垂直设置有圆杆；
所述第一连杆和第三连杆均为直连杆；第二连杆为异形结构，其上端为直杆结构，并沿长度方向开有长孔；第二连杆下端的两侧分别设置有第一短轴和第二短轴，两个短轴平行并都垂直于直杆部分设置，且第二短轴位于下端头处、并朝向远离机身一侧，第一短轴的竖直高度高于第二短轴；所述第一连杆的一端与作动器的输出轴铰接，另一端与第二连杆的第二短轴端头处铰接；所述第三连杆的一端与涵道风扇出口处的侧壁铰接，另一端与第二连杆的第一短轴端头处铰接；所述增升翼面两端的圆杆分别插入两个第三连杆的长孔内，在增升翼面沿滑轨滑动时，能够相对所述第三连杆的轴向运动；三个连杆用于传递作动器的动力以及驱动所述涵道风扇倾转，将收放装置分解成滑块曲柄机构与四连杆机构组合而成的复合机构；
所述作动器设置于靠近机身一侧，为本装置提供直线驱动力。
2.根据权利要求1所述应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，其特征在于：所述滑轨的轨道包括初始段、过渡段和终止段，初始段为倾斜向上的平直轨道；终止段端为圆弧轨道，圆弧的圆心与所述涵道风扇的转轴重合；过渡段位于初始段和终止段之间，两端分别与初始段、终止段相切并逐渐平缓过渡。
3.根据权利要求1所述应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，其特征在于：所述轨道的两端设置有限位块，用于防止增升翼面滑脱。
4.根据权利要求1所述应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，其特征在于：所述第一连杆和第三连杆的长度小于第二连杆的长度。
5.根据权利要求1所述应用于垂直/短距起降飞行器的动力收放装置，其特征在于：所述作动器为丝杆步进电机。
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