CN113184165A - 一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构和高超声速飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构和高超声速飞行器，折叠机构包括：第一翼体和第二翼体；第一翼体具有插槽，第二翼体具有插接板，插接板插入所述插槽并通过转动轴铰接；第一翼体上具有驱动单元和蜗杆，驱动单元输出轴与蜗杆连接；所述插接板端部为蜗轮，所述蜗轮与蜗杆啮合驱动第二翼体绕转动轴转动。该折叠机构能使翼稍小翼与机翼成任意角度，阻止气流的展向流动，达到提高机翼升力的目的。

Description

一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构和高超声速飞行器

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器结构设计领域，尤其涉及一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构和高超声速飞行器。

背景技术

高超声速飞行器飞行速域宽，历经亚声速、跨声速、超声速和高超声速四个阶段，气动载荷严重且复杂。提高高超声速飞行器的气动效率称为飞行器设计的关键技术之一。机翼在高超声速飞行器飞行过程中面临的飞行环境有着极大的不同，本发明通过机翼折叠技术改变机翼垂尾的角度以提高机翼在不同飞行状态下的气动效率，进而达到提高飞行器气动性能的目的。

高超声速飞行器飞行速域宽，飞行高度范围大，因而在不同的飞行阶段对机翼的升力需求不同。当飞行器飞行高度较低时需要机翼提供较大的升力加速爬升，随着飞行高度的增加以及马赫数的增大，机翼所提供的升力减小，同时由于大气密度的降低，机翼垂尾的操纵性下降。为提高高超声速飞行器在低空时机翼的升力和高空时机翼垂尾的操纵性，本发明采用机翼折叠的方式以适应飞行器在不同飞行阶段对机翼的功能需求。

发明内容

本发明目的在于为高超声速飞行器机翼设计一种折叠机构。具体提供一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构和高超声速飞行器，在亚声速和跨声速阶段，该折叠机构能使翼稍小翼与机翼成任意角度，阻止气流的展向流动，达到提高机翼升力的目的；在超声速和高超声速阶段，该折叠机构能使翼稍小翼水平放置，增大机翼的升力面积，达到提高机翼升力的目的。同时，该折叠机构具有一定的刚度以保证机翼在气动载荷下不被破坏。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，包括：第一翼体和第二翼体；第一翼体具有插槽，第二翼体具有插接板，插接板插入所述插槽并通过转动轴铰接；

第一翼体上具有驱动单元和蜗杆，驱动单元输出轴与蜗杆连接；所述插接板端部为蜗轮，所述蜗轮与蜗杆啮合驱动第二翼体绕转动轴转动。

作为本发明的进一步改进，所述第一翼体包括机翼腹板，机翼腹板上下缘分别设置有机翼上缘条、机翼下缘条，第一翼体端部的机翼腹板形成缺口，机翼上缘条上设置所述插槽；所述驱动单元和蜗杆设置在机翼下缘条上。

作为本发明的进一步改进，所述第二翼体包括垂尾腹板，垂尾腹板上下缘分别设置有垂尾上缘条和垂尾下缘条，第二翼体端部的垂尾腹板伸出并加工为所述蜗轮。

作为本发明的进一步改进，所述蜗轮设置在所述缺口内。

作为本发明的进一步改进，所述蜗轮的厚度小于所述垂尾腹板的厚度。

作为本发明的进一步改进，所述转动轴设置在蜗轮的圆心上。

作为本发明的进一步改进，所述蜗轮为四分之一圆弧结构。

一种高超声速飞行器，包括依次连接的机翼、内垂尾和外垂尾，机翼和内垂尾的连接处、内垂尾和外垂尾的连接处均设置有所述的折叠机构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对高超声速飞行器机翼提出了一种折叠机构，该折叠机构安装在机翼翼梁的端部，部件的主要关系如下：蜗轮固定在垂尾翼梁上，蜗杆和驱动单元固定在机翼翼梁的下缘条上，蜗杆与蜗轮啮合。通过驱动单元驱动蜗杆转动，从而控制机翼垂尾的转动。因为蜗轮蜗杆传动具有自锁功能，因此可以控制垂尾转动到任意角度。该折叠机构能够在保证结构刚度的前提下根据飞行器的飞行状态使机翼的翼稍小翼发生任意角度的变形，提升了机翼在不同飞行阶段的气动效率。本发明所涉及的折叠机构简单实用，工程应用中可实现性强，并具有一定的通用性。

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为高超声速飞行器机翼转动示意图。

图2为本发明折叠机构的轴测图。

图3为机翼翼梁的示意图。

图4为机翼垂尾的示意图。

图5为高超声速飞行器机翼转动效果图。

图中：1.第一转轴；2.第二转轴3.外垂尾；4.内垂尾；5.机翼；6.机翼上缘条；7.机翼腹板；8.机翼下缘条；9.垂尾上缘条；10.垂尾腹板；11.垂尾下缘条；12.驱动单元；13.蜗杆；14.蜗轮；15.转动轴。

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。

本发明的主要目的是采用机翼折叠的方式满足飞行器在不同飞行高度下的气动需求，即当飞行器处于低空飞行状态时，机翼通过折叠增大机翼的升力面积，达到提高升力的目的，当飞行器处于高空飞行时，机翼减小机翼升力面积同时增大垂尾面积以提高飞行器的操纵性。

通过驱动单元驱动蜗杆转动，从而控制机翼垂尾的转动。因为蜗轮蜗杆传动具有自锁功能，因此可以控制垂尾转动到任意角度。

下面结合附图对本发明作进一步的阐述：

本发明提供了一种折叠机构，用以实现机翼垂尾的转动。本发明通过改变机翼翼面面积和垂尾面积的，满足飞行器在不同飞行高度下对机翼升力和操作性的需求，进而达到提高飞行器性能的目的。

为使高超声速飞行器机翼能在不同飞行状态下方便地折叠，本发明提供了一种折叠机构。该折叠机构安装在机翼翼梁的端部，主要部件有：机翼翼梁、垂尾翼梁、蜗轮、蜗杆、驱动单元等。部件的主要关系如下：蜗轮固定在垂尾翼梁上，蜗杆和驱动单元固定在机翼翼梁的下缘条上，蜗杆与蜗轮啮合。

图1为高超声速飞行器机翼的初始状态，图2为机翼折叠机构的轴测图。图2所示的机构分别安装在图1中的第一转轴1和第二转轴2处。

如图3至图5所示，一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，包括：第一翼体和第二翼体；第一翼体具有插槽，第二翼体具有插接板，插接板插入所述插槽并通过转动轴15铰接；

第一翼体上具有驱动单元12和蜗杆13，驱动单元12输出轴与蜗杆13连接；所述插接板端部为蜗轮14，所述蜗轮14与蜗杆13啮合驱动第二翼体绕转动轴15转动。

其中，所述第一翼体包括机翼腹板7，机翼腹板7上下缘分别设置有机翼上缘条6、机翼下缘条8，第一翼体端部的机翼腹板7形成缺口，机翼上缘条6上设置所述插槽；所述驱动单元和蜗杆13设置在机翼下缘条8上。所述第二翼体包括垂尾腹板10，垂尾腹板10上下缘分别设置有垂尾上缘条9和垂尾下缘条11，第二翼体端部的垂尾腹板10伸出并加工为所述蜗轮14。所述蜗轮14设置在所述缺口内，形成转动空间。

当高超声速飞行器处于低空飞行时，内垂尾不发生转动，而外垂尾绕第二转轴转过90度，其效果如图1，此时由于飞行器处于低空，空气密度大，较小的垂尾即可满足飞行器的操纵需求。同时，由于内垂尾水平放置，增大了机翼翼面积，提高了机翼升力。当飞行器处于高空飞行时，内垂尾绕第一转轴转过90度，而外垂尾绕第二转轴转过90度，与内垂尾平齐，其效果如图5，此时由于内垂尾的转动增大了机翼的垂尾面积，增大了飞行器的操纵性，弥补了由于空气密度下降而导致的操纵性损失。同时，当飞行器处于高空飞行时高超声速飞行器的动力主要来源是火箭，机翼面积的减小对飞行器的性能不会产生较大的影响。

该转动过程减小了机翼面积同时增大了垂尾面积，由于高空空气密度较小，减小的机翼升力对飞行器的性能影响不大，而增大的垂尾面积使垂尾的操纵性得以提高。当飞行器由高空飞行过渡到低空飞行时，第一转轴和第二转轴处的折叠机构同时转动，转动方向如图1方向相反，该转动过程增大了机翼面积，提高了飞行器在低空的飞行性能。

作为优选实施例，所述蜗轮14的厚度小于所述垂尾腹板10的厚度，确保机翼的强度要求。

其中，蜗轮14为四分之一圆弧结构，可以实现最大九十度折叠。所述转动轴15设置在蜗轮14的圆心上。

如图1所示，本发明还提供一种高超声速飞行器，包括依次连接的机翼5、内垂尾4和外垂尾3，机翼5和内垂尾4的连接处、内垂尾4和外垂尾3的连接处均设置有所述的折叠机构。

机翼5和内垂尾4通过第一转轴1连接，内垂尾4和外垂尾3通过第二转轴2连接，第一转轴1和第二转轴2即为转动轴15。

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 (8)

1.一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，包括：第一翼体和第二翼体；第一翼体具有插槽，第二翼体具有插接板，插接板插入所述插槽并通过转动轴(15)铰接；

第一翼体上具有驱动单元(12)和蜗杆(13)，驱动单元(12)输出轴与蜗杆(13)连接；所述插接板端部为蜗轮(14)，所述蜗轮(14)与蜗杆(13)啮合驱动第二翼体绕转动轴(15)转动。

2.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，所述第一翼体包括机翼腹板(7)，机翼腹板(7)上下缘分别设置有机翼上缘条(6)、机翼下缘条(8)，第一翼体端部的机翼腹板(7)形成缺口，机翼上缘条(6)上设置所述插槽；所述驱动单元(12)和蜗杆(13)设置在机翼下缘条(8)上。

3.根据权利要求2所述的一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，所述第二翼体包括垂尾腹板(10)，垂尾腹板(10)上下缘分别设置有垂尾上缘条(9)和垂尾下缘条(11)，第二翼体端部的垂尾腹板(10)伸出并加工为所述蜗轮(14)。

4.根据权利要求(3)所述的一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，所述蜗轮(14)设置在所述缺口内。

5.根据权利要求(3)所述的一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，所述蜗轮(14)的厚度小于所述垂尾腹板(10)的厚度。

6.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，所述转动轴(15)设置在蜗轮(14)的圆心上。

7.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器翼稍小翼折叠机构，其特征在于，所述蜗轮(14)为四分之一圆弧结构。

8.一种高超声速飞行器，其特征在于，包括依次连接的机翼(5)、内垂尾(4)和外垂尾(3)，机翼(5)和内垂尾(4)的连接处、内垂尾(4)和外垂尾(3)的连接处均设置有权利要求1至7任一项所述的折叠机构。

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