CN112722261B - 一种襟翼和旋翼联动的倾转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，解决了倾转机构与襟翼联动和对气动力考虑欠缺的问题，其中，支架固定于机翼上，支架的两端分别与机翼上设置的襟翼龙骨及旋翼组件活动连接，所述旋翼组件包括旋翼电机和旋翼电机座，所述旋翼电机固定设于所述旋翼电机座上，旋翼电机座与支架活动连接。所述旋翼倾转机构与支架和旋翼组件连接，用于驱动旋翼组件绕支架倾转。所述襟翼联动机构与旋翼倾转机构和支架连接，用于在旋翼组件倾转时联动襟翼摆动。其中，在旋翼轴线为水平状态时，襟翼为非工作状态，当旋翼轴线由水平状态转换为垂直状态时，襟翼联动变为下摆，达到了倾转机构与襟翼联动和优化气动布局的目的。

Description

一种襟翼和旋翼联动的倾转机构

技术领域

本发明涉及倾转多旋翼飞行器领域，尤其涉及一种襟翼和旋翼联动的倾转机构。

背景技术

常规旋翼类飞行器(如直升机、多旋翼无人机等)具有较为高效的垂直起降性能、悬停、低空低速飞行以及独特的后飞和侧飞能力，但由于前飞时旋翼桨叶左右气流不对称，其最大飞行速度受到了前行桨叶气流压缩性以及后行桨叶气流分离的限制，因此飞行速度很难进一步提高。倾转多旋翼飞行器拥有高效的悬停性能、高速巡航能力、大航程、大航时，以及高安全性、环保、低噪声等特点，是未来新构型旋翼飞行器的一个可行的发展方向，但倾转机构需要增加额外的动力装置以及结构重量。另外，针对倾转旋翼机，从前飞状态转换到垂直起降状态过程中，同时还有整机减速需求，固定翼机型一般用襟翼的角度变化实现飞机的减速，而襟翼角度的变化都是通过单独的动力进行控制，这就增加了额外的重量和资源。

专利号为CN201621438930.6的专利中，提供了一种旋翼倾转机构，用于进行旋翼机的螺旋桨倾转，包括：舵机、转轴、支架及连杆，所述舵机及转轴固定在旋翼机的机身上，所述支架与螺旋桨相连，所述转轴与所述支架转动连接，所述支架与所述转轴连接的一端设有延伸部，所述舵机的动力输出端与所述连杆的一端转动连接，所述连杆的另一端与所述延伸部连接，当所述舵机输出动力时，通过所述连杆带动所述延伸部运动，从而使所述支架相对所述转轴转动。这种方案仅将倾转系统作为一套独立的装置考虑，没有考虑结合机翼本身的部件将整体方案的质量最小化，同时没有考虑旋翼倾转前后的气动性能和对整机减速需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种襟翼和旋翼联动的倾转机构。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，设置于带有襟翼和旋翼的机翼上，其中倾转机构包括旋翼倾转机构、襟翼联动机构和支架，支架固定于机翼上，支架的两端分别与机翼上设置的襟翼龙骨及旋翼组件活动连接，所述旋翼组件包括旋翼、旋翼电机和旋翼电机座，所述旋翼与旋翼电机固定连接，旋翼电机固定设于所述旋翼电机座上，旋翼电机座与支架活动连接。所述旋翼倾转机构与支架和旋翼组件连接，用于驱动旋翼组件绕支架倾转。所述襟翼联动机构与旋翼倾转机构和支架连接，用于在旋翼组件倾转时联动襟翼摆动。其中，在旋翼轴线为水平状态时，襟翼为非工作状态，当旋翼轴线由水平状态转换为垂直状态时，襟翼联动变为下摆。

优选地，所述的旋翼电机座的轴线(即旋翼的轴线)高于飞机水平前飞状态时驻点所在平面，目的是让旋翼产生的气流从机翼上面流过的多，而从机翼下面流过的少，进而给机翼提供向上的气动力，驻点是机翼上使机翼附近的气流上下分流的点。

优选地，所述旋翼倾转机构包括舵机臂、驱动舵机臂摆动的驱动装置和旋翼连杆，所述驱动装置固定于所述支架上，所述旋翼连杆两端分别活动连接舵机臂和旋翼组件，所述襟翼联动机构为襟翼连杆，所述襟翼连杆两端分别活动连接所述襟翼龙骨和舵机臂。其中，驱动装置为舵机，作用是驱动舵机臂转动一定角度。具体地，所述的舵机固定在翼肋上，并驱动舵机臂摆动，进而通过旋翼连杆驱动旋翼电机座绕支撑臂上的转轴实现倾转，亦即实现了旋翼电机连同旋翼的倾转，所述的舵机、舵机臂、旋翼连杆、旋翼电机座、翼肋组成四杆机构。

优选地，通过调整四杆机构中各杆件的长度和驱动臂的起始角度，可以实现利用机构的奇异位增加机构在极限位置处的稳定性的目的：在两个极限位置处，所述的连杆和舵机臂共线，以使四杆机构在两个极限位置处形成奇异位。由于本方案中对所述四杆机构的约束条件较少，通过四杆机构的参数方程组可知，实现符合要求的四杆机构可能有多组解。例如，为舵机臂、旋翼连杆、旋翼电机座和支架组成的四杆机构或舵机臂、襟翼连杆、襟翼龙骨和支架组成的四杆机构。

优选地，所述旋翼倾转机构包括气驱装置，气驱装置活动设于所述支架上，同时所述气驱装置与旋翼组件活动连接，驱动旋翼组件倾转，所述襟翼联动组件包括旋翼连杆、中继杆和襟翼连杆，所述中继杆活动设于所述支架上，所述旋翼连杆两端分别活动连接所述旋翼电机座和中继杆，所述襟翼连杆两端分别活动连接所述襟翼龙骨和中继杆。其中，气驱装置优选为气缸。

优选地，所述支架为翼肋，所述翼肋设有支撑臂，这样就利用了已有翼肋作为支撑，节省了额外的支撑结构。

当需要旋翼向上倾转时(本方案所述的旋翼电机座的轴线与所载的旋翼电机的轴线重合，亦即与旋翼的转轴重合，旋翼固定在旋翼电机的轴上，旋翼电机固定在旋翼电机座上)，所述的支撑臂设于弦线所在平面上方，当需要旋翼向下倾转时，所述的支撑臂设于弦线所在平面下方。

优选地，所述的旋翼电机座与支撑臂的转轴与旋翼电机的轴线共面，此时，倾转过程中旋翼产生的气流对电机座与支撑臂的转轴的力矩为零，对舵机或气缸的输出扭矩要求最小。

基于上述方案中任一种襟翼和旋翼联动的倾转机构的机翼，所述机翼中的翼肋作为支架，支架对应的机翼表面设有支撑臂孔，所述的翼肋的主体部分固定于机翼内部，支撑臂通过支撑臂孔伸出机翼，舵机臂通过摆臂槽伸出机翼。优选地，对于使用舵机为倾转动力的机翼，所述机翼表面还设有用于舵机臂伸出的摆臂槽、第一摆臂槽遮挡装置和第二摆臂槽遮挡装置，所述的第一摆臂槽遮挡装置和第二摆臂槽遮挡装置均可伸缩且分设于舵机臂两侧，一端固定于舵机臂上，另一端固定在机翼上，用于遮挡所述的摆臂槽，减少摆臂槽对机翼气动力的影响。

优选地，当舵机臂的极限位置低于机翼时，所述的摆臂槽的尺寸和形状可以根据舵机臂摆动的极限位置确定，用于实现摆臂槽对舵机臂的限位。无论舵机臂的极限位置是否低于机翼，摆臂的限位也可以使用单独的限位机构进行限位。

优选地，对于使用气缸为倾转动力的机翼，还设有挡块，所述挡块设在气缸转动的两个极限位置处，用于对所述气缸进行限位。

基于上述方案的一种倾转旋翼机，包括上述任意一种襟翼和旋翼联动的倾转机构。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，具有如下有益效果：

1.采用本发明的一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，使用翼肋作为倾转机构的支撑件，最大限度利用了已有零部件，进而最大限度减少了零部件数量和整体方案的质量；

2.采用本发明的一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，将旋翼电机座的轴线(即旋翼的轴线)设于飞机水平前飞状态时驻点所在平面之上，充分考虑飞机前飞时气动力的布局，提高了飞机前飞时旋翼的效率；

3.采用本发明的一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，利用四杆机构的奇异位增加了机构在极限位置处的稳定性；

4.采用本发明的一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，利用襟翼联动机构实现了与旋翼倾转机构共用动力，在旋翼轴线由水平状态转换为垂直状态时，襟翼联动变为下摆，增加飞机的阻力，兼顾了旋翼倾转前后的气动性能和对整机减速需求，同时节约了资源，降低了成本。

5.采用本发明的一种旋翼和襟翼联动的气驱倾转机构，使用气缸驱动倾转装置，可以提供比同等体积下电机更大的功率。

附图说明

图1为本发明一种襟翼和旋翼联动的倾转机构实施例一前飞状态的结构示意图；

图2为本发明一种襟翼和旋翼联动的倾转机构实施例一另一侧的结构示意图；

图3为本发明一种襟翼和旋翼联动的倾转机构实施例一旋翼倾转90°的结构示意图；

图4为本发明一种襟翼和旋翼联动的倾转机构实施例二前飞状态的结构示意图；

图5为本发明一种襟翼和旋翼联动的倾转机构实施例二前飞状态的斜视图。

图6为本发明一种旋翼和襟翼联动的气驱倾转机构实施例三前飞状态的结构示意图；

图7为本发明一种旋翼和襟翼联动的气驱倾转机构实施例三前飞状态另一侧的结构示意图；

图8为本发明一种旋翼和襟翼联动的气驱倾转机构实施例三倾转90°的结构示意图。

附图标记：101、舵机；102、气缸；201、舵机臂；；202、中继杆；3、旋翼连杆；4、旋翼电机座；5、翼肋；501、支撑臂；6、旋翼电机；7、旋翼；8、襟翼龙骨；9、襟翼连杆；10、机翼(局部)；1001、摆臂槽；1002、支撑臂孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例一

如图1～图3所示的一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，包括舵机101、舵机臂201、连杆3、旋翼电机座4、作为支架的翼肋5、和襟翼连杆9，为方便描述本实施例，图中同时展示出旋翼7和襟翼龙骨8，所述的翼肋5设有支撑臂501，所述的支撑臂501设于弦线所在平面上方(由于本实施例中所述翼肋5的主体部分是机翼界面轮廓的等距偏移线，所以很容易判断机翼的弦线位置)，所述的舵机臂201与旋翼连杆3、旋翼连杆3与旋翼电机座4、旋翼电机座4与支撑臂501、襟翼龙骨8与翼肋5、襟翼连杆9与襟翼龙骨8及舵机臂201均通过转轴转动连接，所述的舵机101固定在翼肋5上，并驱动舵机臂201摆动，进而通过旋翼连杆3驱动旋翼电机座4绕支撑臂501上的转轴实现倾转，亦即实现了旋翼电机6连同旋翼7的倾转，同时，舵机臂201摆动通过襟翼连杆3带动襟翼龙骨8绕轴摆动，所述的舵机臂201、旋翼连杆3、旋翼电机座4和翼肋5组成四杆机构，所述舵机臂201、襟翼连杆9、襟翼龙骨8和翼肋5也组成四杆机构，所述的旋翼电机座4的轴线(即旋翼的轴线)高于飞机水平前飞状态时驻点所在平面(如图4所示，图中所示翼肋主体部分轮廓为机翼界面轮廓的等距偏移线，因此可以大概判断驻点所在位置，从图中可以看出旋翼电机座4的轴线(即图中点划线)高于驻点所在平面，可同时参考图5)，所述的旋翼电机座4与支撑臂501的转轴与旋翼电机6的轴线共面。

图1和图2所示为旋翼电机6的轴线平行于水平面的情况，当需要倾转时，舵机101通过舵机臂201和旋翼连杆3驱动旋翼电机座4绕旋翼电机座4和支撑臂501的连接轴转动，转动的极限位置是旋翼电机6的轴线与水平面垂直；同时，舵机臂201通过襟翼连杆9带动襟翼龙骨8转动；这样，旋翼电机6在舵机101的驱动下即可实现旋翼电机6的轴线在垂直于水平面和平行于水平面之间切换，同时实现襟翼龙骨8的联动，如图3所示，此时，襟翼变为下摆，增加飞机的阻力，可以兼顾旋翼倾转前后的气动性能和对整机减速需求。

实施例二

如图4和5所示，本实施例是实施例1的一个应用案例，在实施例1的基础上增加了机翼10(图中仅示出局部)，所述的机翼10设有摆臂槽1001和支撑臂孔1002，所述的翼肋5的主体部分固定于机翼10内部，支撑臂501通过支撑臂孔1002伸出机翼10，舵机臂201通过摆臂槽1001伸出机翼。

实施例三

如图6～图8所示的一种旋翼和襟翼联动的气驱倾转机构，包括气缸102、中继杆202、旋翼连杆3、旋翼电机座4、作为支架的翼肋5和襟翼连杆9，为方便描述本实施例，图中同时展示出旋翼7、襟翼龙骨8，所述的翼肋5设有支撑臂501，所述的支撑臂501设于弦线所在平面上方(由于本实施例中所述翼肋5的主体部分是机翼界面轮廓的等距偏移线，所以很容易判断机翼的弦线位置)，所述的气缸102与翼肋5、气缸102与旋翼电机座4、旋翼电机座4与支撑臂501、襟翼龙骨8与翼肋5、襟翼连杆9与襟翼龙骨8、中继杆202与襟翼连杆9、中继杆202与旋翼连杆3、旋翼连杆3与旋翼电机座4均通过转轴转动连接，所述的气缸102驱动旋翼电机座4摆动，进而实现旋翼电机6连同旋翼7的倾转，同时，旋翼电机座4通过旋翼连杆4带动中继杆202摆动，中继杆202通过襟翼连杆3带动襟翼龙骨8绕轴摆动，所述的旋翼电机座4的轴线(即旋翼的轴线)高于飞机水平前飞状态时驻点所在平面(如图4所示，图中所示翼肋主体部分轮廓为机翼界面轮廓的等距偏移线，因此可以大概判断驻点所在位置，从图中可以看出旋翼电机座4的轴线(即图中点划线)高于驻点所在平面，可同时参考图5)，所述的旋翼电机座4与支撑臂501的转轴与旋翼电机6的轴线共面。

图6所示为旋翼电机6的轴线平行与水平面的情况，当需要倾转时，气缸102驱动旋翼电机座4绕旋翼电机座4和支撑臂501的连接轴转动，转动的极限位置是旋翼电机6的轴线与水平面垂直；同时，旋翼电机座4在转动过程中通过旋翼连杆3、中继杆2和襟翼连杆9带动襟翼龙骨8转动；这样，旋翼电机6在气缸102的驱动下即可实现旋翼电机6的轴线在垂直于水平面和平行于水平面之间切换，同时实现襟翼龙骨8的联动。

以上所述是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，其特征在于：包括旋翼倾转机构、襟翼联动机构和支架，其中，支架固定于机翼上，支架的两端分别与机翼上设置的襟翼龙骨及旋翼组件活动连接，所述旋翼组件包括旋翼、旋翼电机和旋翼电机座，所述旋翼与旋翼电机固定连接，旋翼电机固定设于所述旋翼电机座上，旋翼电机座与支架活动连接；所述旋翼倾转机构与支架和旋翼组件连接，用于驱动旋翼组件绕支架倾转；所述襟翼联动机构与旋翼倾转机构和支架连接，用于在旋翼组件倾转时联动襟翼摆动；其中，在旋翼轴线为水平状态时，襟翼为非工作状态，当旋翼轴线由水平状态转换为垂直状态时，襟翼联动变为下摆；所述支架为翼肋，所述翼肋设有支撑臂，用于支撑旋翼组件；所述的支撑臂设于弦线所在平面上方；所述旋翼电机座的轴线高于飞机水平前飞状态时驻点所在平面。

2.如权利要求1所述一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，其特征在于：所述旋翼倾转机构包括舵机臂、驱动舵机臂摆动的驱动装置和旋翼连杆，所述驱动装置固定于所述支架上，所述旋翼连杆两端分别活动连接舵机臂和旋翼组件，所述襟翼联动机构为襟翼连杆，所述襟翼连杆两端分别活动连接所述襟翼龙骨和舵机臂。

3.如权利要求2所述一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，其特征在于：在两个极限位置处，所述旋翼连杆、襟翼连杆和舵机臂共线，以使四杆机构在两个极限位置处形成奇异位，进而增加所述四杆机构在两个极限位置处的稳定性；其中，所述四杆机构为舵机臂、旋翼连杆、旋翼电机座和支架组成的四杆机构或舵机臂、襟翼连杆、襟翼龙骨和支架组成的四杆机构。

4.如权利要求1所述一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，其特征在于：所述旋翼倾转机构包括气驱装置，气驱装置活动设于所述支架上，同时所述气驱装置与旋翼组件活动连接，驱动旋翼组件倾转，所述襟翼联动机构包括旋翼连杆、中继杆和襟翼连杆，所述中继杆活动设于所述支架上，所述旋翼连杆两端分别活动连接所述旋翼电机座和中继杆，所述襟翼连杆两端分别活动连接所述襟翼龙骨和中继杆。

5.如权利要求1-4任一项所述一种襟翼和旋翼联动的倾转机构，其特征在于：所述旋翼电机座与支撑臂的转轴与旋翼电机的轴线共面。

6.一种包括如权利要求5所述一种襟翼和旋翼联动的倾转机构的机翼，其特征在于：所述机翼中的翼肋作为支架，支架对应的机翼表面设有支撑臂孔，支撑臂通过支撑臂孔伸出机翼。

7.如权利要求6所述的一种机翼，其特征在于：所述机翼表面还设有用于舵机臂伸出的摆臂槽、第一摆臂槽遮挡装置和第二摆臂槽遮挡装置，所述的第一摆臂槽遮挡装置和第二摆臂槽遮挡装置均可伸缩且分设于舵机臂两侧，一端固定于舵机臂上，另一端固定在机翼上，用于遮挡所述的摆臂槽。

8.一种倾转旋翼机，其特征在于：包括权利要求1-4所述的任意一种襟翼和旋翼联动的倾转机构。

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