CN115009507A - 多连杆式单翼双翼变体飞行器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种多连杆式单翼双翼变体飞行器，包括：机身；两个内侧机翼分别固定于机身中部靠下的两侧；两个外侧机翼分别可活动地连接于内侧机翼上远离机身的一侧；两组连接杆分别可转动地跨接位于机身同一侧的内侧机翼与外侧机翼，每组连接杆包含平行设置的多根连杆；两组副翼对应设置于两个外侧机翼的后缘，每组副翼包括多段副翼，副翼相对于外侧机翼可偏转以产生气动力和滚转力矩；其中，两个外侧机翼围绕两组连接杆向机身的外侧同步转动直至与两个内侧机翼的外端平齐对接，两个外侧机翼展开形成单翼布局；两个外侧机翼围绕两组连接杆向机身的内侧同步转动直至与机身中部靠上的两侧平齐对接，外侧机翼叠置于内侧机翼上方以形成双翼布局。

Description

多连杆式单翼双翼变体飞行器

技术领域

本公开涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种多连杆式单翼双翼变体飞行器。

背景技术

降低阻力是飞机设计所追求的重要目标之一，降低阻力可以降低飞机油耗，增大飞机航程。对于亚音速飞机而言，诱导阻力在总阻力中所占比重较大，增大展弦比、降低诱导阻力是最常见的减阻手段。但是，大展弦比飞机对于起降场地的空间要求较高，机翼翼展的增大受机场起降条件、低空不稳定气流、飞机结构强度与刚度、飞行所需机动性能等因素限制，这些因素都严重限制了其使用条件。

近年来，变体飞行器逐渐成为未来飞行器发展的热点，通过变体技术，在飞机的不同飞行阶段改变机翼展长，可以有效的解决大展弦比飞机起降与巡航性能的设计矛盾。早期的变展长飞行器多采取变后掠翼或折叠翼尖的方式，如F-111、XB-70等。伴随着控制、材料等学科的进步，飞机的变体方式也逐渐多样化，如Z字形折叠翼变体、柔性桁架、充气式机翼、多级伸缩翼变体方案等。新型材料、新型作动器、变形结构是目前变展长飞行器的主要研究方向。

但是，现有的变展长飞行器普遍需要额外使用机械驱动，并且，由于展长的改变，机翼的有效升力面积也大幅改变，影响到减阻效果并且限制了使用工况。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本公开提供了一种多连杆式单翼双翼变体飞行器。

本公开提供了一种多连杆式单翼双翼变体飞行器，包括：机身；两个内侧机翼，分别固定于机身中部靠下的两侧；两个外侧机翼，分别可活动地连接于内侧机翼上远离机身的一侧；两组连接杆，分别可转动地跨接位于机身同一侧的内侧机翼与外侧机翼，每组连接杆包含平行设置的多根连杆；两组副翼，对应设置于两个外侧机翼的后缘，每组副翼包括多段副翼，副翼相对于外侧机翼可偏转以产生气动力和滚转力矩；其中，在气动力和滚转力矩的驱动下，两个外侧机翼围绕两组连接杆向机身的外侧同步转动直至与两个内侧机翼的外端平齐对接，两个外侧机翼展开形成单翼布局；在气动力和滚转力矩的驱动下，两个外侧机翼围绕两组连接杆向机身的内侧同步转动直至与机身中部靠上的两侧平齐对接，外侧机翼叠置于内侧机翼上方以形成双翼布局。

进一步地，内侧机翼、外侧机翼和连接杆各自关于机身的中心轴线对称设置；在外侧机翼叠置于内侧机翼上方时，内侧机翼、外侧机翼与连接杆之间组成平行四连杆的结构。

进一步地，连接杆铰接于外侧机翼，连接杆铰接于内侧机翼。

进一步地，外侧机翼和内侧机翼上均开设有一段相对凹陷的沟槽；在外侧机翼与内侧机翼的外端平齐对接时，连接杆的至少一部分嵌入沟槽内；在外侧机翼与机身中部靠上的两侧平齐对接时，连接杆嵌入外侧机翼的沟槽内。

进一步地，沟槽的两侧布置有可滑动的蒙皮，蒙皮覆盖在沟槽上且沿沟槽的方向滑动伸缩；或者，沟槽的两侧布置有柔性变形蒙皮，在连接杆离开沟槽时或完全进入沟槽后，通过柔性变形蒙皮的变形使机翼表面保持连续。

进一步地，每组副翼中的不同段副翼同步偏转或者差动偏转。

进一步地，内侧机翼与外侧机翼之间，以及外侧机翼与机身中部靠上的两侧之间，各自采用固定销与锁止孔的配合方式来锁定或解除锁定。

与现有技术相比，本公开提供的多连杆式单翼双翼变体飞行器，至少具有以下有益效果：

(1)本公开提供的变体飞行器，使用气动力自主完成变体，无需机械驱动。并且，在改变飞机一半展长的同时，机翼的有效升力面积几乎没有改变，有效改善了其他变展长机翼存在部分缺陷。

(2)本公开提出一种新的机翼变形折叠方式，使飞行器具备双翼和单翼两种布局，并通过副翼的偏转实现气动力控制，使机翼折叠与展开无需额外机构驱动，简单可靠。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1(a)～图1(c)示意性示出了根据本公开实施例的多连杆式单翼双翼变体飞行器的三维等轴测视图；

图2(a)～图2(e)示意性示出了根据本公开实施例的多连杆式单翼双翼变体飞行器的工作过程状态图，其中，图2(a)为单翼布局；图2(b)为机翼折叠变形中的向上折叠；图2(c)为机翼折叠变形中的向内折叠；图2(d)为机翼折叠完成后的双翼布局；图2(e)为双翼布局的连接杆收入机翼中，形成纯双翼布局；

图3(a)～图3(d)示意性示出了根据本公开实施例的气动力驱动变体的副翼偏转过程状态图；

图4(a)～图4(c)示意性示出了根据本公开实施例的机翼上的沟槽和蒙皮的结构图，其中，图4(b)为图4(a)中的虚线圆圈区域的放大图；图4(c)为图4(b)中的虚线圆圈区域的放大图；

图5(a)～图5(b)示意性示出了根据本公开实施例的连接杆向上翻转进入上机翼的沟槽的结构图。

【附图标记说明】

1-机身；11-机身中部靠上的位置；12-机身中部靠下的位置；2-内侧机翼；3-外侧机翼；4-连接杆；5-副翼；6-沟槽；7-蒙皮。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

图1(a)～图1(c)示意性示出了根据本公开实施例的多连杆式单翼双翼变体飞行器的三维等轴测视图。

如图1(a)～图1(c)所示，本公开实施例提供了一种多连杆式单翼双翼变体飞行器，包括机身1、两个内侧机翼2、两个外侧机翼3、两组连接杆4和两组副翼5。

其中，两个内侧机翼2分别固定于下机身中部靠下的两侧。两个外侧机翼3分别可活动地连接于内侧机翼2上远离机身1的一侧。两组连接杆4分别可转动地跨接位于机身1同一侧的内侧机翼2与外侧机翼3，每组连接杆包含平行设置的多根连杆。

两组副翼5对应设置于两个外侧机翼3的后缘，每组副翼5包括多段副翼，副翼5相对于外侧机翼3可偏转以产生气动力和滚转力矩。其中，在一工况下，在气动力和滚转力矩的驱动下，两个外侧机翼3围绕两组连接杆4向机身1的外侧同步转动直至与两个内侧机翼2的外端平齐对接，两个外侧机翼3展开形成单翼布局。在另一工况下，在气动力和滚转力矩的驱动下，两个外侧机翼3围绕两组连接杆4向机身1的内侧同步转动直至与机身中部靠上的两侧平齐对接，外侧机翼3叠置于内侧机翼2上方以形成双翼布局。

由此，本实施例的变体飞行器有单翼和双翼两种布局，在单翼布局飞行时，内侧机翼2和外侧机翼3组成一整块大展弦比机翼。在双翼布局飞行时，内侧机翼2和外侧机翼3为上下叠置的双翼布局，其中内侧机翼2作为下机翼，外侧机翼3作为上机翼。

图2(a)～图2(e)示意性示出了根据本公开实施例的多连杆式单翼双翼变体飞行器的工作过程状态图。其中，图2(a)为单翼状态；图2(b)为机翼折叠变形中的向上折叠；图2(c)为机翼折叠变形中的向内折叠；图2(d)为机翼折叠完成后的双翼布局；图2(e)为双翼布局的连接杆收入机翼中，形成纯双翼布局。

如图2(a)～图2(e)所示，由单翼布局向双翼布局的折叠变形过程中，外侧机翼3与内侧机翼2解除固定，使外侧机翼3绕连接杆4向上向内折叠直至外侧机翼3固定在机身1中部靠上的两侧上，在折叠变形结束后，连接杆4收入外侧机翼中3，变体飞行器的整个机翼转变为双翼布局。

在由双翼布局向单翼布局的展开变形过程中，外侧机翼3与机身1中部靠上的两侧解除固定，绕连接杆4向外折叠，回到与内侧机翼2平行对接的位置，通过相应的机构固定，连接杆4也收入外侧机翼3内部，变体飞行器变回大展弦比的单翼布局。

由此，本实施例提出一种新的机翼变形折叠方式，使飞翼飞行器具备双翼和单翼两种布局，并通过副翼的偏转实现气动力控制，使机翼折叠与展开无需额外机构驱动，简单可靠。

具体来说，在巡航状态时飞机展开为大展弦比单翼布局，此时飞机具有较高的展弦比，可以降低诱导阻力，增大航程。在起降和复杂气象条件下，飞机折叠为上下叠置的双翼布局，此时其翼展较低，起降性能较好，同时抗侧风突风能力较强。同时，在另一方面，由于其转动惯量较低，利于进行复杂机动。

为了保障飞行器飞行过程平稳和机体载重均衡，内侧机翼2、外侧机翼3和连接杆4各自关于机身1的中心轴线对称设置。在外侧机翼3叠置于内侧机翼2上方时，内侧机翼2、外侧机翼3与连接杆4之间组成平行四连杆的结构。由此，本实施例在外侧机翼3展开变形或者折叠变形过程中，内侧机翼2与外侧机翼3之间通过连接杆4连接而成。特别地，在外侧机翼3折叠变形过程中，分别位于上下层的机翼与连接杆4之间共同组成了平行四连杆的结构。

进一步地，连接杆4铰接于外侧机翼3，连接杆4铰接于内侧机翼2。

图3(a)～图3(d)示意性示出了根据本公开实施例的气动力驱动变体的副翼偏转过程状态图。

如图3(a)～图3(d)所示，本实施例中，位于机身1一侧的单组副翼5可以包括多段副翼，多段副翼沿外侧机翼3的后缘间隔分布。

进一步地，每组副翼5中的不同段副翼同步偏转或者差动偏转。

具体来说，在变形的过程中，无论是从单翼布局变为双翼布局，还是从双翼布局变为单翼布局，外侧机翼3都需要经历解除固定-上升-下降-重新固定四个阶段，这个过程是通过气动力控制实现的，外侧机翼3的后缘安装有副翼5。

如图3(a)所示，在变形前，通过副翼5的偏转，调整外侧机翼3的升力，使外侧机翼3的升力刚好抵消掉其自身的重力。此后外侧机翼3解除固定并开始变形。

如图3(b)所示，在机翼变形的前半段，副翼5下偏，使外侧机翼3升力增加至大于其自身重力，外侧机翼3向上运动直到最高点。

如图3(c)所示，在机翼变形的后半段，副翼5上偏，使外侧机翼3升力降低至小于其自身重力，外侧机翼3先下运动。

如图3(d)所示，当运动到终点后，也即外侧机翼3折叠变形完成后，再次通过副翼5的偏转，使外侧机翼3的升力刚好抵消掉其自身的重力，从而完成外侧机翼3的锁定。

图4(a)～图4(c)示意性示出了根据本公开实施例的机翼上的沟槽和蒙皮的结构图。图4(b)为图4(a)中的虚线圆圈区域的放大图；图4(c)为图4(b)中的虚线圆圈区域的放大图。

如图4(a)～图4(c)所示，本实施例中，外侧机翼3和内侧机翼2上均开设有一段相对凹陷的沟槽6。在外侧机翼3与内侧机翼2的外端平齐对接时，连接杆4的至少一部分嵌入沟槽6内。在外侧机翼3与机身1中部靠上的两侧平齐对接时，连接杆4嵌入外侧机翼3的沟槽内。由此，待变体飞行器展开变形或者折叠变形完成后，连接杆4可落入沟槽内，也即连接杆4可以收入机翼内部成为一体，以减少飞行阻力。

进一步地，沟槽6的两侧布置有可滑动的蒙皮7，蒙皮7覆盖在沟槽6上且延沟槽6的方向滑动伸缩，使变体飞行器在变形过程中机翼保持连续的气动外形。或者，沟槽6的两侧布置有柔性变形蒙皮，在连接杆4离开沟槽6时或完全进入沟槽6后，通过柔性变形蒙皮的变形使机翼表面保持连续。

图5(a)～图5(b)示意性示出了根据本公开实施例的连接杆向上翻转进入上机翼的沟槽的结构图。

如图5(a)～图5(b)所示，从单翼布局变形为双翼布局之后，连接杆4与内侧机翼2之间的连接可以断开，并向上旋转收入外侧机翼3的沟槽内。

以上只是示例性说明，本实施例不限于此。例如，变体飞行器在折叠变形(或者展开变形)的开始和结束阶段，外侧机翼和内侧机翼之间，或者，外侧机翼与机身中部靠上的两侧之间，需要通过锁定机构进行锁定或解除锁定。该锁定机构可以采用舰载机折叠机翼的常规锁定方案，也可采用其他锁定方案。

具体来说，在一些实施例中，内侧机翼2与外侧机翼3之间，以及外侧机翼3与机身1中部靠上的两侧之间，各自采用固定销与锁止孔的配合方式来锁定或解除锁定。例如，外侧机翼3与机身1中部靠上的两侧之间的锁定，可采用固定销与锁止孔的配合方式，使用多个固定销穿过设置于机身中部靠上的两侧的锁止孔，使得外侧机翼3的端面和机身1中部靠上的两侧固定在一起，从而完成锁定。类似地，内侧机翼2与外侧机翼3之间的锁定，也可采用固定销与锁止孔的配合方式。

综上所述，本公开的实施例提供了一种多连杆式单翼双翼变体飞行器，使用气动力自主完成变体，无需机械驱动。并且，在改变飞机一半展长的同时，机翼的有效升力面积几乎没有改变，有效改善了其他变展长机翼存在部分缺陷。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，包括：

机身；

两个内侧机翼，分别固定于所述机身中部靠下的两侧；

两个外侧机翼，分别可活动地连接于所述内侧机翼上远离所述机身的一侧；

两组连接杆，分别可转动地跨接位于所述机身同一侧的内侧机翼与外侧机翼，每组连接杆包含平行设置的多根连杆；

两组副翼，对应设置于所述两个外侧机翼的后缘，每组副翼包括多段副翼，所述副翼相对于外侧机翼可偏转以产生气动力和滚转力矩；

其中，在气动力和滚转力矩的驱动下，所述两个外侧机翼围绕所述两组连接杆向所述机身的外侧同步转动直至与所述两个内侧机翼的外端平齐对接，所述两个外侧机翼展开形成单翼布局；

在气动力和滚转力矩的驱动下，所述两个外侧机翼围绕所述两组连接杆向所述机身的内侧同步转动直至与所述机身中部靠上的两侧平齐对接，所述外侧机翼叠置于内侧机翼上方以形成双翼布局。

2.根据权利要求1所述的多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，所述内侧机翼、外侧机翼和连接杆各自关于所述机身的中心轴线对称设置；

在所述外侧机翼叠置于内侧机翼上方时，所述内侧机翼、外侧机翼与连接杆之间组成平行四连杆的结构。

3.根据权利要求1所述的多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，所述连接杆铰接于所述外侧机翼，所述连接杆铰接于所述内侧机翼。

4.根据权利要求1所述的多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，所述外侧机翼和内侧机翼上均开设有一段相对凹陷的沟槽；

在所述外侧机翼与所述内侧机翼的外端平齐对接时，所述连接杆的至少一部分嵌入所述沟槽内；

在所述外侧机翼与所述机身中部靠上的两侧平齐对接时，所述连接杆嵌入所述外侧机翼的沟槽内。

5.根据权利要求4所述的多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，所述沟槽的两侧布置有可滑动的蒙皮，所述蒙皮覆盖在所述沟槽上且沿所述沟槽的方向滑动伸缩；或者

所述沟槽的两侧布置有柔性变形蒙皮，在所述连接杆离开所述沟槽时或完全进入所述沟槽后，通过所述柔性变形蒙皮的变形使机翼表面保持连续。

6.根据权利要求1所述的多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，所述每组副翼中的不同段副翼同步偏转或者差动偏转。

7.根据权利要求1所述的多连杆式单翼双翼变体飞行器，其特征在于，所述内侧机翼与外侧机翼之间，以及所述外侧机翼与所述机身中部靠上的两侧之间，各自采用固定销与锁止孔的配合方式来锁定或解除锁定。

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