CN113955079A - 一种折叠翼无人机翼面快速展开机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种折叠翼无人机翼面快速展开机构，包括底座、燃气作动筒、齿条和齿轮，所述的底座上沿飞机轴向开有导槽；所述的作动筒安装在底座上，输出端固连齿条，推动齿条沿导槽运动；所述的齿条两侧对称设置有转轴座，所述的齿轮套接在转轴座上，并用压紧梁对其进去转轴轴向限位，底部开有弧形导槽，导槽端头开有销孔；所述的齿轮固连翼面，并与齿条啮合，在作动筒的推力作用下，齿条沿导槽运动，推动两侧翼面同步展开；所述的转轴座上设置有弹簧销，在弹簧作用下顶入齿轮的弧形导槽中，并在翼面展开到位后伸入齿轮的销孔中锁定齿轮。本发明能够减小现有折叠机构的质量和体积，简化结构，降低成本，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器设计领域，尤其是一种飞行器翼面折叠展开机构。
背景技术
翼面是构成无人机气动外形主要的部件，其功用是产生气动升力，用于平衡无人机在飞行时的重力并提供调姿变轨需要的法向力。目前，大部分无人机在发射时多采用箱/筒式装备，还有一些是直接挂在飞机上，这就对无人机的质量和轮廓尺寸提出了更高的规范。对于安装了翼面的无人机，较大的翼展对无人机的运输和发射装置提出新的要求。采用折叠翼的布局，可以减轻无人机结构重量，有效缩小翼面占用空间，提高无人机的机动性，减小运输过程中由于振动等恶劣环境对无人机造成的破坏。因此，折叠机构在各种类型的无人机上得到广泛的应用。
目前国内已应用的折叠翼的展开方式多采用弹性元件驱动式或微电机驱动式，这些折叠形式不同程度地存在可靠性低，不能按要求展开到位或过展开的缺点，例如采用弹簧式展开机构，弹簧的疲劳特性会导致长时间的贮存后，机翼展开的可靠性降低，或者就是可以可靠展开，但是机构复杂、部件多，间接降低展开的可靠度。对于采用微电机驱动式的展开结构，普遍存在展开时间长、响应速度慢的缺点，同时由于电机自身电气和机械参数的离散性，左右翼面的运动状态存在差异，展开同步性差。
专利申请“一种飞行器翼面折叠展开机构”(申请号为2020114199891)公开了一种使用火工品作为动力源驱动折叠翼的展开机构，但是该机构需要使用火工品推动滑块沿滑轨运行，由滑块带动铰接的转动架，进而带动飞行器翼面，结构复杂，容易损坏。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种折叠翼无人机翼面快速展开机构，能够减小现有折叠机构的质量和体积，简化结构，降低成本，整个折叠展开机构在燃气作动筒的驱动下可靠同步展开，展开时间小于0.8s，并能利用限位和锁定装置准确定位，易于操作，能够满足无人机的停放、空中飞行等各种工况。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种折叠翼无人机翼面快速展开机构，包括底座、燃气作动筒、齿条和齿轮。
所述的底座上沿飞机轴向开有导槽；所述的作动筒安装在底座上，输出端固连齿条，推动齿条沿导槽运动；所述的齿条两侧对称设置有转轴座，所述的齿轮套接在转轴座上，并用压紧梁对其进去转轴轴向限位，底部开有弧形导槽，导槽端头开有销孔；所述的齿轮固连翼面，并与齿条啮合，在作动筒的推力作用下，齿条沿导槽运动，推动两侧翼面同步展开；所述的转轴座上设置有弹簧销，在弹簧作用下顶入齿轮的弧形导槽中，并在翼面展开到位后伸入齿轮的销孔中锁定齿轮。
所述的底座、齿条、齿条、转轴座、压紧梁采用高强度钢或钛合金机加成型。
所述的弹簧销采用高强度钢机加成型。
本发明的有益效果是：
(1)采用联动齿轮齿条的形式，结构简单，摩擦阻力小，安装使用方便。剪切销设计精巧，在折叠状态下能保证弹翼可靠锁定，确保无人机在贮存、运输、挂飞和投放时不会展开；
(2)采用燃气作动筒作为动力源，具有展开迅速、动力大、展开到位可靠度高的优点，同时在调整活塞杆和装药量的前提下，可满足不同无人机的展开时间和行程要求，可靠性高；
(3)对零件主要尺寸的材料和精度要求不高，普通生产条件下即可满足要求。在不强调重量要求时可采用合金结构钢，若有重量要求和防腐要求时，部分结构件可换为不锈钢或钛合金材料，降低了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的底座示意图；
图3是本发明的齿条示意图；
图4是本发明的齿轮示意图；
图5是本发明的转轴座示意图；
图6是本发明的压紧梁示意图；
图7是本发明的弹簧销示意图；
图8是本发明实施例的折叠机构效果图。
图中，1-底座，2-燃气作动筒，3-齿条，4-齿轮，5-转轴座，6-压紧梁，7-弹簧销。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
无人机翼面快速展开机构是一套传动装置，包括燃气作动筒和翼面折叠展开结构，安装在无人机腹部，用来控制翼面的展开和折叠，满足无人机对翼面的展开控制要求。
本发明翼面折叠展开机构主要由燃气作动筒、底座、齿轮-齿条副和锁定装置组成。
平时无人机翼面折叠后贴靠机身，整个折叠展开机构可以随无人机放进发射筒进行储存运输，使用时燃气作动筒接收到点火指令后发火，点燃装药；装药燃烧产生高温高压燃气，对齿条产生推力，折叠展开机构上的剪切销被剪断，齿条向前运动，折叠展开机构将齿条的直线运动转化成齿轮和翼面的转动，当翼面旋转到位，弹簧销插入销孔并锁定，展开工作完成。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
翼面折叠展开机构主要由燃气作动筒(以下简称作动筒)和折叠机构结构件等组成，作动筒为火工品，提供展开动力，实现翼面的展开和锁定。折叠展开机构安装在无人机腹部，两侧齿轮分别与翼面连接。
折叠展开机构采用齿条联动的结构形式，即采用单个作动筒和齿条，两侧安装有转轴和齿轮，在作动筒的推力作用下，齿条沿导槽运动，推动左右两侧翼面同步展开。折叠展开机构外形见图1所示，由底座1、燃气作动筒2、齿条3、齿轮4、转轴座5、压紧梁6和弹簧销7组成。底座1是折叠机构的安装平台，其它结构件和作动筒均安装在底座上，最后统一安装在机身上。底座1为薄板式结构，其外形见图2。前后两端为安装面，厚度为4mm～6mm，安装面上可加工8～10个通孔和2个销钉孔，用规格为Φ6mm或Φ8mm的销钉(标准件)定位，用规格为M6、M8或M10的螺钉(标准件)与无人机连接。底座1可以采用高强度钢机加成型，为了减轻重量，也可以采用钛合金等机加成型。燃气作动筒2采用成熟的产品，可市购或定制，通过1个M8的螺栓(标准件)和螺母(标准件)安装在底座的凸台上。底座1上开有T型导槽，齿条3与底座1上的导槽配合，形成齿条导轨机构。齿条3外形见图3，齿条3两侧分别与齿轮啮合。齿条3可以采用高强度钢或钛合金等机加成型。齿轮4外形见图4，齿轮4套接在转轴座5上，其底部开有宽度10mm或12mm的弧形导槽，导槽端头布置有一个Φ8mm或Φ10mm的销孔。齿轮4中框面设计有1个销孔和6个螺纹孔，用1个螺钉销(标准件)和6个螺钉(标准件)将机翼与齿轮4连接成一个整体。齿轮4可以采用高强度钢或钛合金等机加成型。转轴座5外形见图5，通过6个M8或M10的螺钉(标准件)安装在底座1上，其内孔为螺纹孔，转轴座5底部安装一个弹簧销7，压紧在底座1上。转轴座5可以采用高强度钢或钛合金等机加成型。压紧梁6外形见图6，压紧梁6两端套接在转轴座5上，分别通过6个螺钉(标准件)固定在转轴座5上，主要目的是将齿轮4限位并减小底座1变形。压紧梁6可以采用高强度钢或钛合金等机加成型。弹簧销7外形见图7，直径为Φ8mm、Φ10mm或Φ12mm，弹簧销7底面与弹簧(标准件)连接在一起，通过1个M8或M10的平端紧定螺钉(标准件)安装在转轴座5上。弹簧销7可以采用高强度钢机加成型。
本发明的折叠展开机构装配方法是：将弹簧销7和弹簧(标准件)通过1个平端紧定螺钉(标准件)安装在转轴座5的内孔中，然后将转轴座组件用6个螺钉(标准件)固定在底座1上，用压紧梁6将齿轮4固定在转轴座5上，燃气作动筒2用1个螺栓(标准件)和1个螺母(标准件)固定在底座1上。将齿条3装在底座1的导槽内，用螺钉(标准件)将齿条3与燃气作动筒2的活塞杆连接在一起。
在某无人机的研制过程中，总体对折叠展开机构的要求非常严格，要求整套机构重量不超过15kg，翼面展开时间不大于0.8s，工作展开角度要求为10°～60°。通过对运动关系和结构形式的分析计算，将折叠机构设计成如图8所示的结构形式，由底座1、燃气作动筒2、齿条3、齿轮4、转轴座5、压紧梁6和弹簧销7组成。底座1外形见图2，底座长400mm，宽350mm，材料为高强度合金钢30CrMnSiA，为薄板加筋结构。前后两端安装面加工10个通孔和2个销钉孔，用规格为Φ8mm的销钉(标准件)定位，用规格为M10的螺钉(标准件)与无人机连接。燃气作动筒2采用成熟的产品，通过1个M10的螺栓(标准件)和螺母(标准件)安装在底座的凸台上。齿条3外形见图3，齿条3两侧与齿轮4啮合。齿条3采用钛合金机加成型。齿轮4外形见图4，齿轮4套接在转轴座5上，其底部开有宽度12mm的弧形导槽，导槽端头布置有一个Φ10mm的销孔，压紧梁6套接在转轴座5上，将齿轮4与转轴座5连接在一起，弹簧销7被压缩，其顶部接触在齿轮4的导槽内。齿轮4中框面设计有1个销孔和6个螺纹孔，用1个螺钉销(标准件)和6个螺钉(标准件)将机翼与齿轮4连接成一个整体。齿轮4采用钛合金机加成型。转轴座5外形见图5，通过6个M10的螺钉(标准件)安装在底座1上，其内孔为螺纹孔，转轴座5底部外侧安装一个弹簧销7，压紧在底座1上。转轴座5采用钛合金机加成型。压紧梁6外形见图6，通过6个螺钉(标准件)固定在转轴座5上。压紧梁6采用钛合金机加成型。弹簧销7外形见图7，直径为Φ8mm，弹簧销7底部内孔与弹簧(标准件)连接在一起，通过1个M10的平端紧定螺钉(标准件)安装在转轴座座5上。弹簧销7采用高强度钢机加成型。
经过无人机地面展开试验验证，测得翼面展开时间为700ms，展开角度为10°～60°，弹簧销按要求进入销孔内，将翼面展开到位后可靠锁定。整套机构重量为14.7kg。从地面展开试验成功的结果可以看出，翼面折叠展开机构在整个试验过程中未发生结构失稳、断裂、破坏等情况，完全经受住了模拟飞行载荷的考核，充分验证了该机构的技术可行性和可靠性。
Claims (3)
1.一种折叠翼无人机翼面快速展开机构，包括底座、燃气作动筒、齿条和齿轮，其特征在于，所述的底座上沿飞机轴向开有导槽；所述的作动筒安装在底座上，输出端固连齿条，推动齿条沿导槽运动；所述的齿条两侧对称设置有转轴座，所述的齿轮套接在转轴座上，并用压紧梁对其进去转轴轴向限位，底部开有弧形导槽，导槽端头开有销孔；所述的齿轮固连翼面，并与齿条啮合，在作动筒的推力作用下，齿条沿导槽运动，推动两侧翼面同步展开；所述的转轴座上设置有弹簧销，在弹簧作用下顶入齿轮的弧形导槽中，并在翼面展开到位后伸入齿轮的销孔中锁定齿轮。
2.根据权利要求1所述的折叠翼无人机翼面快速展开机构，其特征在于，所述的底座、齿条、齿条、转轴座、压紧梁采用高强度钢或钛合金机加成型。
3.根据权利要求1所述的折叠翼无人机翼面快速展开机构，其特征在于，所述的弹簧销采用高强度钢机加成型。
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