CN113306698B - 一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，属于飞行器装置技术领域。小翼基座通过机翼过渡段与飞行器的机翼展向末端连接；第一小翼和第二小翼分别设在小翼基座的两侧；第一小翼和第二小翼均分别通过柔性连接段与机翼过渡段连接，并且与刚性连接段连接，刚性连接段与小翼基座铰接；伺服传动系统和控制系统连接，伺服传动系统分别与第一小翼和第二小翼连接；控制系统与飞行器控制中心通信连接。本发明的双羽式翼梢小翼装置，在无攻角飞行时不产生额外附加力，适用于各种机翼布局，并能够根据飞行器的飞行参数，实时调整第一小翼和第二小翼的倾斜角，降低翼尖涡的影响，提升了飞行器的灵活性与突防性能，适用于执行机动复杂的飞行任务。

Description

一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置

技术领域

本发明属于飞行器装置技术领域，具体涉及一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置。

背景技术

飞行器在飞行中，机翼下翼面的高压区气流会绕过翼梢流向上翼面，形成强烈的旋涡气流，并从机翼向后沿伸很长一段距离，它们带走了能量，增加了诱导阻力，翼梢小翼就是用来消弱这种阻力的。

在飞行器巡航过程中，机翼提供主要升力，同时由于机翼翼尖涡效应，产生较大翼尖涡，从而减小有效机翼翼面积，产生较大诱导阻力。在突防过程中，往往需要进行大规模大飞行攻角机动，由于机翼翼尖涡的产生会大大降低机翼操纵舵面的舵效，无法满足高机动的舵效要求，同时较大的翼尖涡对高速机动产生不利影响，大幅削弱了飞行器的灵活性与突防性能。对于不同飞行速度的飞行器，其最优翼梢小翼倾角也存在差异，现有翼梢小翼为倾角固定式翼梢小翼，无法对翼梢小翼进行倾角调节以适应各种飞行速度及飞行工况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，能够在飞行器飞行过程中对翼梢小翼的倾斜角进行实时调控，提高机翼的有效翼面积，减少巡航和机动阻力。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，包括机翼过渡段、伺服传动系统、第一柔性连接段、第一刚性连接段、第二柔性连接段、第二刚性连接段、小翼基座、第一小翼、第二小翼和控制系统；

小翼基座通过机翼过渡段与飞行器的机翼展向末端连接；第一小翼和第二小翼分别设在小翼基座的两侧；第一小翼的外侧通过第一柔性连接段与机翼过渡段连接，第一小翼的内侧与第一刚性连接段连接，第一刚性连接段与小翼基座铰接；第二小翼的外侧通过第二柔性连接段与机翼过渡段连接，第二小翼的内侧与第二刚性连接段连接，第二刚性连接段与小翼基座铰接；

伺服传动系统和控制系统设在机翼过渡段上，伺服传动系统与控制系统连接，伺服传动系统分别与第一小翼和第二小翼连接；控制系统与飞行器控制中心通信连接。

优选地，伺服传动系统包括伺服电机、第一传动杆和第二传动杆；伺服电机通过第一传动杆与第一小翼连接，伺服电机通过第二传动杆与第二小翼连接。

进一步优选地，伺服电机包括第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机通过第一传动杆与第一小翼连接，第二伺服电机通过第二传动杆与第二小翼连接。

优选地，机翼过渡段为中空结构，伺服传动系统和控制系统设在机翼过渡段内部。

优选地，机翼过渡段的厚度沿机翼展向递增。

优选地，伺服传动系统与第一小翼和第二小翼之间均设有转动限位机构。

优选地，第一柔性连接段和第二柔性连接段的材质为耐高温耐腐蚀橡胶；第一小翼和第二小翼的材质为低密度高强度材料。

进一步优选地，第一柔性连接段和第二柔性连接段的材质为丙烯酸酯橡胶或全氟醚橡胶；第一小翼和第二小翼的材质为7074航空铝合金、碳纤维复合材料或钛合金材料。

优选地，第一柔性连接段、第一刚性连接段、第二柔性连接段和第二刚性连接段的外侧均为圆滑曲线。

优选地，第一小翼和第二小翼为超临界翼形。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，通过在机翼的展向末端的上下两侧设置第一小翼和第二小翼，构成双羽式翼梢小翼，第一小翼和第二小翼均分别通过柔性连接段与机翼过渡段连接、通过刚性连接段与小翼基座铰接，柔性连接段保证了第一小翼和第二小翼在改变倾斜角过程中发生形变，使第一小翼和第二小翼与机翼之间保持平滑过渡，从而使气流可平滑流过，降低流动产生的涡流，减小过渡段带来的附加阻力；刚性连接段与第一小翼和第二小翼铰接，提供转动自由度的同时，提供了支撑刚度，使操纵更加灵活高效。控制系统接收飞行器控制中心的指令，同步接收飞行器的飞行姿态和速度等信息，通过伺服传动系统对第一小翼和第二小翼的倾斜角进行实时调整。本发明的双羽式翼梢小翼装置，在无攻角飞行时不产生额外附加力，适用于各种机翼布局，并能够根据飞行器的飞行参数，实时调整第一小翼和第二小翼的倾斜角，降低翼尖涡的影响，提升了飞行器的灵活性与突防性能，适用于执行机动复杂的飞行任务。

进一步地，伺服电机通过第一传动杆和第二传动杆与第一小翼和第二小翼连接，结构简单，控制精度高、响应速度快。

更进一步地，第一伺服电机和第二伺服电机分别对第一小翼和第二小翼进行控制，能够使第一小翼和第二小翼具有不同的倾斜角，从而使飞行器能够进行更加复杂的飞行姿态。

进一步地，机翼过渡段为中空结构，伺服传动系统和控制系统设在机翼过渡段内部，减少对飞行器表面的影响；同时减轻了重量。

进一步地，机翼过渡段的厚度沿机翼展向递增，可减小机翼表面气流侧向流动，减小翼尖涡强度，同时可更好过渡至翼梢小翼部分。

进一步地，伺服传动系统与第一小翼和第二小翼之间均设有转动限位机构，避免转动角度过大影响后续控制，防止结构失效。

进一步地，第一柔性连接段和第二柔性连接段的材质采用耐高温耐腐蚀性橡胶，如丙烯酸酯橡胶或全氟醚橡胶，可靠性高、使用寿命长；第一小翼和第二小翼的材质采用高强度低密度材料，如7074航空铝合金、碳纤维复合材料与钛合金材料，可在保证结构强度的前提下降低结构的重量。

进一步地，第一柔性连接段、第一刚性连接段、第二柔性连接段和第二刚性连接段的外侧均为圆滑曲线，能够有效减少飞行阻力。

附图说明

图1为本发明的整体结构正视示意图；

图2为本发明的整体结构斜视示意图；

图3为本发明的翼梢小翼控制原理示意图。

图中：1-机翼过渡段、2-伺服传动系统、2-1-伺服电机、2-2-第一传动杆、2-3-第二传动杆、3-第一柔性连接段、4-第一刚性连接段、5-第二柔性连接段、6-第二刚性连接段、7-小翼基座、8-第一小翼、9-第二小翼、10-控制系统、11-机翼、12-第一转轴、13-第二转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1和图2，为本发明的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，包括机翼过渡段1、伺服传动系统2、第一柔性连接段3、第一刚性连接段4、第二柔性连接段5、第二刚性连接段6、小翼基座7、第一小翼8、第二小翼9和控制系统10。

小翼基座7通过机翼过渡段1与飞行器的机翼11展向末端连接；第一小翼8和第二小翼9分别设在小翼基座7的两侧；第一小翼8的外侧通过第一柔性连接段3与机翼过渡段1连接，第一小翼8的内侧与第一刚性连接段4连接，第一刚性连接段4通过第一转轴12与小翼基座7铰接；第二小翼9的外侧通过第二柔性连接段5与机翼过渡段1连接，第二小翼9的内侧与第二刚性连接段6连接，第二刚性连接段6通过第二转轴13与小翼基座7铰接；

伺服传动系统2和控制系统10设在机翼过渡段1上，伺服传动系统2与控制系统10连接，伺服传动系统2分别与第一小翼8和第二小翼9连接；控制系统10与飞行器控制中心通信连接。

在本发明的一个实施例中，伺服传动系统2包括伺服电机2-1、第一传动杆2-2和第二传动杆2-3；伺服电机2-1通过第一传动杆2-2与第一小翼8连接，伺服电机2-1通过第二传动杆2-3与第二小翼9连接。

在本发明的一个较优的实施例中，伺服电机2-1包括第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机通过第一传动杆2-2与第一小翼8连接，第二伺服电机通过第二传动杆2-3与第二小翼9连接。

伺服电机2-1、第一传动杆2-2、第二传动杆2-3、第一小翼8和第二小翼9的传动方式设计上，一种传动方式是：伺服电机2-1的输出轴连接一个齿轮，齿轮两侧分别啮合端部为齿条的第一传动杆2-2和第二传动杆2-3，第一传动杆2-2与第一小翼8的内侧连接，第二传动杆2-3与第二小翼9的内侧连接，当伺服电机2-1转动时，通过第一传动杆2-2和第二传动杆2-3实现对第一小翼8和第二小翼9的控制。

另一种传动方式是：伺服电机2-1的输出轴连接一个蜗轮，蜗轮两侧分别啮合有一段为蜗杆的第一传动杆2-2和第二传动杆2-3，第一传动杆2-2与第一小翼8的内侧连接，第二传动杆2-3与第二小翼9的内侧连接，当伺服电机2-1转动时，通过第一传动杆2-2和第二传动杆2-3实现对第一小翼8和第二小翼9的控制。

在本发明的一个较优的实施例中，机翼过渡段1为中空结构，伺服传动系统2和控制系统10设在机翼过渡段1内部。

在本发明的一个较优的实施例中，机翼过渡段1的厚度沿机翼11展向递增。

在本发明的一个较优的实施例中，伺服传动系统2与第一小翼8和第二小翼9之间均设有转动限位机构。

在本发明的一个较优的实施例中，第一柔性连接段3和第二柔性连接段5的材质为耐高温耐腐蚀橡胶，如丙烯酸酯橡胶或全氟醚橡胶；第一小翼8和第二小翼9的材质为高强度低密度材料，如7074航空铝合金、碳纤维复合材料或钛合金材料。

在本发明的一个较优的实施例中，第一柔性连接段3、第一刚性连接段4、第二柔性连接段5和第二刚性连接段6的外侧均为圆滑曲线。

下面以一个具体实施例来对本发明的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置的原理进行进一步地解释说明：

在飞行器飞行过程中，机翼为飞行器提供主要升力，同时由于机翼翼尖涡效应，产生较大翼尖涡，从而减小有效翼面积，产生较大诱导阻力。在突防过程中，往往需要进行大规模大飞行攻角机动，由于机翼翼尖涡的产生会大大降低操作面的舵效，无法满足高机动的舵效要求，同时较大的翼尖涡对高速机动产生不利影响，大幅削弱了飞行器的灵活性与突防性能。对于不同飞行速度的飞行器，其最优翼梢小翼倾角也存在差异，现有翼梢小翼为倾角固定式翼梢小翼，无法对翼梢小翼进行倾角调节以适应各种飞行速度及飞行工况。将本发明的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置应用在飞行器上，附加影响小，可提高飞行器在各飞行工况下飞行效率。

具体的，该装置包括机翼过渡段1、伺服传动系统2、转动连接装置、小翼基座7，小翼装置、控制系统10；伺服传动系统2包含伺服电机2-1、第一传动杆2-2和第二传动杆2-3；转动连接装置包含第一柔性连接段3、第一刚性连接段4；机翼过渡段1与机翼翼梢固定连接，机翼过渡段1厚度沿展向分布逐渐增大，为空心结构；伺服电机2-1与机翼过渡段1固定连接，置于机翼过渡段1内部；第一传动杆2-2和第二传动杆2-3的一端与伺服电机2-1连接传动，一端与小翼装置连接传动，共上下对称布置2个；小翼基座7与机翼过渡段1固定连接，方向沿展向向外；转轴与刚性连接段固定连接，与小翼基座7铰接，可绕小翼基座7旋转；小翼装置与刚性连接段固定连接，沿上下对称方向布置2个，通过刚性连接段传动改变倾斜角；柔性连接连接段与机翼过渡段1、刚性连接段、小翼装置固定连接，沿上下对称方向布置2个，以保证小翼转动时与主翼间的平滑过渡；控制系统10布置于机翼过渡段1内，通过接收飞行器飞行姿态和速度等信息信号，分析其在相应工况下最优翼梢小翼倾斜角，输出控制信号至伺服传动系统2，进而传动至倾斜角调整模块从而实现对飞行器机翼翼梢小倾斜角的控制与改变。

柔性连接段采用耐高温耐腐蚀橡胶材料，通过在翼梢小翼改变倾斜角过程中发生形变，保证翼梢小翼与主翼间平滑过渡。

如图3，当巡航飞行器开始工作后，本发明的可变倾斜角巡航飞行器的机翼翼梢小翼装置开始工作；通过控制系统10发出翼梢小翼调节信号，控制伺服传动系统2改变翼梢小翼倾角，同时同步巡航飞行器飞行姿态与速度，反馈输入至控制系统10进行反馈调节，从而实现实时精准巡航飞行器机翼翼梢小翼倾斜角调控。

以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，包括机翼过渡段(1)、伺服传动系统(2)、第一柔性连接段(3)、第一刚性连接段(4)、第二柔性连接段(5)、第二刚性连接段(6)、小翼基座(7)、第一小翼(8)、第二小翼(9)和控制系统(10)；

小翼基座(7)通过机翼过渡段(1)与飞行器的机翼(11)展向末端连接；第一小翼(8)和第二小翼(9)分别设在小翼基座(7)的两侧；第一小翼(8)的外侧通过第一柔性连接段(3)与机翼过渡段(1)连接，第一小翼(8)的内侧与第一刚性连接段(4)连接，第一刚性连接段(4)与小翼基座(7)铰接；第二小翼(9)的外侧通过第二柔性连接段(5)与机翼过渡段(1)连接，第二小翼(9)的内侧与第二刚性连接段(6)连接，第二刚性连接段(6)与小翼基座(7)铰接；

伺服传动系统(2)和控制系统(10)设在机翼过渡段(1)上，伺服传动系统(2)与控制系统(10)连接，伺服传动系统(2)分别与第一小翼(8)和第二小翼(9)连接；控制系统(10)与飞行器控制中心通信连接。

2.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，伺服传动系统(2)包括伺服电机(2-1)、第一传动杆(2-2)和第二传动杆(2-3)；伺服电机(2-1)通过第一传动杆(2-2)与第一小翼(8)连接，伺服电机(2-1)通过第二传动杆(2-3)与第二小翼(9)连接。

3.根据权利要求2所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，伺服电机(2-1)包括第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机通过第一传动杆(2-2)与第一小翼(8)连接，第二伺服电机通过第二传动杆(2-3)与第二小翼(9)连接。

4.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，机翼过渡段(1)为中空结构，伺服传动系统(2)和控制系统(10)设在机翼过渡段(1)内部。

5.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，机翼过渡段(1)的厚度沿机翼(11)展向递增。

6.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，伺服传动系统(2)与第一小翼(8)和第二小翼(9)之间均设有转动限位机构。

7.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，第一柔性连接段(3)和第二柔性连接段(5)的材质为耐高温耐腐蚀橡胶；第一小翼(8)和第二小翼(9)的材质为低密度高强度材料。

8.根据权利要求7所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，第一柔性连接段(3)和第二柔性连接段(5)的材质为丙烯酸酯橡胶或全氟醚橡胶；第一小翼(8)和第二小翼(9)的材质为7074航空铝合金、碳纤维复合材料或钛合金材料。

9.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，第一柔性连接段(3)、第一刚性连接段(4)、第二柔性连接段(5)和第二刚性连接段(6)的外侧均为圆滑曲线。

10.根据权利要求1所述的可变倾斜角的双羽式翼梢小翼装置，其特征在于，第一小翼(8)和第二小翼(9)为超临界翼形。

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