CN113148110A - 一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置和宽速域高超声速飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置和宽速域高超声速飞行器，机翼变形装置包括：导轨和滑块；相邻翼肋上分别设置一导轨，滑块两端分别与导轨滑动连接；所述滑块上设置有可动套筒、圆头支杆、齿轮和电机；圆头支杆设置在可动套筒上，可动套筒上的锯齿与所述齿轮啮合，齿轮设置在电机的输出轴上。通过控制鼓包的位置与形状，解决不同飞行状态下机翼鼓包的自适应问题，使机翼在宽速域范围内的气动特性获得提升。

Description

一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置和宽速域高超声速飞 行器

技术领域

本发明涉及一种机翼变形装置，特别是涉及一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置和宽速域高超声速飞行器。

背景技术

随着高超声速技术的发展，7马赫甚至更高的速度已经实现，然而目前很少有飞行器能自主完成全速域的飞行，多使用助推、带飞等方式度过低速段。这是由于高速与低速状态下，飞行器的机翼外形设计理念相冲突，机翼在低速亚声速段可以为飞行器提供起飞所需的升力，但在跨声速和超声速段会产生较大的气动阻力，使飞行器气动性能降低，加剧了燃料的消耗。因此，对于这类飞行速域较宽的飞行器，为了在整个飞行包线内都具有良好的气动性能，其气动外形要根据飞行状态的变化而改变。

激波控制鼓包技术是一种被广泛关注的流动控制手段。已有的研究表明，激波控制鼓包能够有效弱化激波强度，减小波阻，改善飞行器在高亚音速与跨声速状态下的气动性能，具有较高的工程价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置和高超声速飞行器，通过控制鼓包的位置与形状，解决不同飞行状态下机翼鼓包的自适应问题，使机翼在宽速域范围内的气动特性获得提升。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，包括：导轨和滑块；相邻翼肋上分别设置一导轨，滑块两端分别与导轨滑动连接；

所述滑块上设置有可动套筒、圆头支杆、齿轮和电机；圆头支杆设置在可动套筒上，可动套筒上的锯齿与所述齿轮啮合，齿轮设置在电机的输出轴上。

作为本发明的进一步改进，所述可动套筒套在固定竖直杆上。

作为本发明的进一步改进，所述固定竖直杆底部设置有垫圈；垫圈的直径与套筒的外径相同，

作为本发明的进一步改进，所述竖直杆上表面与可动套筒内壁上表面之间设置有弹簧，弹簧一端固定在竖直杆上表面，另一端固定在可动套筒内壁上表面。

作为本发明的进一步改进，所述固定竖直杆的直径与套筒的内径相同。

作为本发明的进一步改进，所述圆头支杆与可动套筒上表面固连，圆头支杆带有圆头一侧朝上设置。

作为本发明的进一步改进，所述导轨呈半工字型并具有滑动槽，滑块两端均具有滑动限位块，滑动限位块设置在导轨的滑动槽内。

作为本发明的进一步改进，所述齿轮与电机中间设置有支架，支架为电机转轴和齿轮提供支持。

一种宽速域高超声速飞行器，包括所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对宽速域飞行器设计了一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置。通过控制鼓包的位置与形状，使鼓包的位置、形状能够按需要改变，满足了不同飞行状态的需要。解决不同飞行状态下机翼鼓包的自适应问题，使机翼在宽速域范围内的气动特性获得提升。飞行器在宽速域内飞行时，该装置可以在机翼上产生鼓包，通过激波改变机翼的飞行性能。并通过改变鼓包的大小和形状，解决了不同飞行状态下鼓包的自适应问题。该装置简单实用，工程应用中可实现性强，并具有较好的通用性。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为机翼变形装置整体轴测图

图2为装置在滑块附近的轴测图

图3为可动套筒的内部透视图

图4为变形装置作用于柔性蒙皮生成鼓包示意图

图中：1.机翼翼肋；2.水平导轨；3.滑块；4.可动套筒；5.圆头支杆；6.垫圈；7.齿轮；8.支架；9.电机；10.固定竖直杆；11.弹簧。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种机翼变形装置，通过改变机翼鼓包位置，提升飞行器在不同飞行状态下的气动性能。

本发明的工作原理是：根据飞行器的飞行状态改变机翼上表面鼓包的位置和形状，使鼓包始终位于正激波区域来实现机翼的增升减阻。当超声速气流流过鼓包前缘时，先产生一道较弱的斜激波，翼型表面压力产生阶跃下降，随后气流顺着凸型曲线膨胀再次加速为超声速，形成一道激波终止。利用这样一种干扰方式，将原来的正激波由λ型激波代替，使得波阻减小和总压损失减少。

下面结合附图对本发明作进一步具体实施方式。

如图1、图2、图3所示，本机翼变形机构由导轨2、滑块3以及滑块上的可动套筒4、圆头支杆5、垫圈6、齿轮7、支架8、电机9、固定竖直杆10、弹簧11组成，其中固定竖直杆10与弹簧11位于套筒4内部。导轨2安装在相邻的翼肋1上，使装置可沿弦向平动，以改变鼓包的位置；所述作动装置控制滑块沿导轨运动；所述固定竖直杆、可动套筒、圆头支杆及电机等用于在机翼蒙皮上产生鼓包，通过电机控制圆头支杆的高度，从而改变鼓包的大小和形状。

上述技术方案中，所述导轨2成对安装在相邻翼肋1的正对一侧，与翼肋焊接。

上述技术方案中，所述滑块横跨在一对导轨之上，仅能沿导轨作平动。

上述技术方案中，所述固定竖直杆、电机、垫圈、支架与滑块固连，垫圈用于加固固定竖直杆，支架用于支撑电机转轴。

上述技术方案中，所述可动套筒套在固定竖直杆上，并可以沿固定竖直杆上下运动；套筒外壁靠近齿轮的一侧带有锯齿，其尺寸与齿轮相匹配，可随齿轮转动而上下平动；齿轮安装在电机上，由电机控制转动。

上述技术方案中，所述圆头支杆与套筒上表面固连，带有圆头一侧朝上放置。

上述技术方案中，所述弹簧位于竖直杆上表面与套筒内壁上表面之间，一端固定在竖直杆上表面，另一端固定在套筒内壁上表面，当套筒在最底部时处于压缩状态，当套筒向上运动时弹簧逐渐由压缩状态变为拉伸状态。

导轨2呈半“工”字型，使滑块3仅能沿机翼弦向作直线运动；

垫圈6、支架8、电机9、固定竖直杆10与滑块3直接相连，垫圈6的直径与套筒4的外径相同，其作用是加固固定竖直杆10，同时限定套筒4的最低点位置；

支架8位于齿轮7与电机9中间处，用途是为电机转轴和齿轮7提供支持；

固定竖直杆10的直径与套筒4的内径相同，限定了套筒4的自由度，使其仅能沿竖直方向上下运动；

弹簧11的两端分别与竖直杆10的上表面和套筒4的内壁上表面固连，当套筒位于最低点时弹簧处于压缩状态，当套筒向上运动时弹簧逐渐由压缩状态变为拉伸状态；

套筒4靠近齿轮一侧的外壁面带有锯齿，其尺寸与齿轮7的锯齿相匹配；

圆头支杆5位于套筒4正上方，与套筒上表面固连，支杆顶端带有圆头，使生成的鼓包形状更为圆滑。

综上所述，本发明的机翼变形装置有沿机翼弦长方向和沿机翼厚度方向的两个自由度。通过控制滑块在导轨上作直线运动可改变沿翼弦方向的自由度，即鼓包在翼弦方向的位置；通过控制齿轮传动可改变沿机翼厚度方向的自由度，即鼓包的大小与形状。变形装置作用于柔性蒙皮生成鼓包的示意图如图4所示，可以看到本发明所提出的机翼变形装置能根据飞行状态在机翼表面不同位置生成激波控制鼓包，从而有效地改善不同飞行状态下的机翼气动特性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (9)

1.一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，包括：导轨(2)和滑块(3)；相邻翼肋(1)上分别设置一导轨(2)，滑块(3)两端分别与导轨(2)滑动连接；

所述滑块(3)上设置有可动套筒(4)、圆头支杆(5)、齿轮(7)和电机(9)；圆头支杆(5)设置在可动套筒(4)上，可动套筒(4)上的锯齿与所述齿轮(7)啮合，齿轮(7)设置在电机(9)的输出轴上。

2.根据权利要求1所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述可动套筒(4)套在固定竖直杆(10)上。

3.根据权利要求2所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述固定竖直杆(10)底部设置有垫圈(6)；垫圈(6)的直径与套筒(4)的外径相同。

4.根据权利要求3所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述竖直杆(10)上表面与可动套筒(4)内壁上表面之间设置有弹簧(11)，弹簧(11)一端固定在竖直杆(10)上表面，另一端固定在可动套筒(4)内壁上表面。

5.根据权利要求1所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述固定竖直杆(10)的直径与套筒(4)的内径相同。

6.根据权利要求1所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述圆头支杆(5)与可动套筒(4)上表面固连，圆头支杆(5)带有圆头一侧朝上设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述导轨(2)呈半工字型并具有滑动槽，滑块(3)两端均具有滑动限位块，滑动限位块设置在导轨(2)的滑动槽内。

8.根据权利要求1所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置，其特征在于，所述齿轮(7)与电机(9)中间设置有支架(8)，支架(8)为电机转轴和齿轮(7)提供支持。

9.一种宽速域高超声速飞行器，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的一种基于激波控制鼓包的机翼变形装置。

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