CN115743519B - 可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构，包括机构主体，主体两侧对称分布绕定轴转动的旋转部件；舵机安装在机构主体上，舵机通过舵臂与连杆相连，连杆一端连接舵臂，另一端与旋转部件相连，舵臂的转动通过舵臂，舵臂通过连杆将运动传递给旋转部件，从而实现两侧旋转部件的同步转动。可变翼飞行器的后掠机构布置于可变翼飞行器的顶部，可实现上单翼无人机机翼后掠角度的改变，并可以在任意位置停止动作，保持后掠角度不变。在不超过机构有效后掠角度范围内，可以实现任意角度变化，使得可变翼飞行器获得当前飞行条件下的最佳气动性能。

Description

可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构

技术领域

本发明涉及航空技术领域，针对于可变后掠翼可变翼飞行器的可变后掠机构及其工作原理。

背景技术

可变翼飞行器在如今生活中扮演着越来越重要的角色。对可变翼飞行器的飞行性能起到关键作用的是对其空气动力学的设计。当今要求飞行器可以适应不同状况下的飞行条件一完成不同的作战任务，于是特种可变翼飞行器应运而生。例如变展长无人机飞行器，可以通过在飞行过程中改变机翼展向长度实现更大的飞行速度；又如折叠翼可变翼飞行器，也可以通过在空中对机翼的折叠而获得更大的升力，同时可减小飞行器的存放空间。

伴随着各国军事实力的不断提升，对可变翼飞行器的适应性提出了新的挑战。可变后掠翼可变翼飞行器是其中一种可实现多种飞行条件下的飞行任务的可变翼飞行器，受到了越来越多的关注。目前少有飞行器具备可变后掠角度来实现实时飞行条件的任务。大多数具有后掠角度的飞行器是不可实现实时变化的。

可变后掠翼可变翼飞行器的研发，主要分为两种：

其一是与先进的材料相结合，例如形状记忆合金，以替代复杂且大型的机电作动器。实现机构的轻量化，小型化。缺点是成本高，工艺复杂。

其二是采用传统的机械传动，如液压、机电传动等等，通过齿轮、铰链、拉杆等构件完成机翼后掠的动作。但是设计过程没有实现任意后掠角度并保持正常飞行。此外，在变后掠过程中，要保持两侧机翼后掠角度的变化程度一致。利用变后掠可以实现机翼不同程度的变形，改变后掠角度的同时改变机翼展长，可以使得飞行器的适应性大幅提高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可以在一定范围内改变任意后掠角度的可变后掠翼机构。该机构可以根据不同的飞行条件和任务，相应的改变飞行器构型，进而达到最优气动性能的目的。

为实现上述目标，本发明提供的解决方案如下：本发明提出一种可变后掠翼可变翼飞行器的可变后掠翼机构，包括用于与机身固连的构件主体，所述主体两侧均连接有转动部件，两转动部件关于主体中轴线呈对称布置。所述主体中轴线上布置有舵机，舵机通过连杆与两侧的转动部件相连接。

所述转动部件一端与构件主体相连，并通过连杆连接舵机，另一端与机翼相连，并保持两侧机翼在变形过程中保持水平；所述部件通过舵机的转动带动两侧机翼同步转动一定的角度。

优选的，所述机构主体包括固定板，所述固定板的前端中部固定设置有插板，所述固定板中部开设有安装孔；所述固定板的后端固定布置有凹槽，所述凹槽关于所述固定板中线对称布置，所述凹槽用于放置舵机；所述固定板的两侧固定设置有铰接孔，两个铰接孔关于所述固定板中线对称布置。

优选的，所述转动部件一端开设有两个铰接孔，其中一个铰接孔用于与连杆相连接，另一个用于与所述构件主体相连接；所述转动部件的另一端开设沿水平中心布置的凹槽，用于放入可变翼飞行器机翼的加强碳杆，从而实现所述转动部件与机翼的固定。

可变后掠翼可变翼飞行器可变后掠机构的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：所述固定板固定安装在可变翼飞行器机身顶部；

步骤2：所述可变后掠翼机构由舵机驱动完成变后掠动作，并且由舵机提供扭力，连杆、舵臂和转动部件支撑来维持后掠角度不变；

步骤3：实时可变翼飞行器当前的飞行条件，根据所述飞行条件和飞行任务改变后掠角度以适应当下条件；

步骤4：后掠角度根据实际飞行条件及飞行任务进行动态调整，动态调整过程中飞行器保持飞行状态，两侧机翼保持水平，且后掠角度相同。

步骤5：飞行任务与可变翼飞行器各个后掠角度下改善的参数相对应，确定合适的机翼构型并保持该构型以完成对应的飞行任务；根据飞行条件及飞行任务，实时、多次地改变其后掠角度。

由上述步骤5得出以下情况：

a.可变翼飞行器处于起飞状态，所述可变后掠翼机构不改变无人机的后掠角度，以获得最大升力起飞；

b.可变翼飞行器处于巡航状态，所述可变后掠翼机构增大无人机的后掠角度，以减小阻力，增大飞行速度；

c.可变翼飞行器遇到紊流，操控性下降，所述可变后掠翼机构增大无人机的后掠角度，减小展长，增强操纵性。

本发明公开以下技术效果：

(1)本发明可变后掠翼可变翼飞行器可变后掠机构，通过舵臂，连杆，转动部件共通组成转动机构，实现不同后掠角度的变化，并不对巡航状态下的飞行器气动性能产生影响，并且可以满足特种任务下对于操纵性、稳定性、升阻特性的不同要求。在不同后掠角度下，可变翼飞行器拥有不同的气动性能，可以适应更负责条件下的任务，同时在增大后掠角的情况下，可以降低对起飞地点的要求。

(2)在后掠角度变化的过程中，可变翼飞行器的焦点和升力作用点产生变化，此变化导致无人机俯仰力矩的增大或减小，从而达到提高操纵性或增强稳定性的目的。

(3)本发明可变后掠翼可变翼飞行器可变后掠机构的工作原理，可以根据不同的飞行条件或任务灵活调整后掠角度，增强可变翼飞行器的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明机翼变后掠机构结构示意图；

图2为本发明机构主体结构示意图；

图3为本发明转动部件结构示意图；

图4为本发明舵机结构示意图；

图5为本发明舵机舵臂结构示意图；

图6为本发明舵机连杆结构示意图。

其中，1、结构主体；101、第一铰接孔；102、固定板；103、走线孔；104、插板；105凹槽；106、安装孔；2、转动构件；201、连接板；202、通槽；203竖板；204、第二铰接孔；205、横板；206、第三铰接孔；3、舵机；4、舵臂；401、第四铰接孔；402、通孔；5、连杆。

具体实施方式

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楚、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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-2，本发明提供一种可变翼飞行器的变后掠机构，包括用于与机身相连接的结构主体1，主体1两侧均转动连接有转动部件，两组转动部件关于主体1呈中心对称布置；舵机安装在主体1的位于中心线上的凹槽中，以保证两侧转动部件以相同角度和角速度转动；舵机线可通过主体1上的走线孔与无人机内部的供能和控制原件相连；舵机通过舵臂，舵臂通过连杆带动两侧的转动构件进行定轴转动；转动部件与舵臂在同一水平面内，以保证与转动部件相连接的机翼在同一水平面转动。可变翼飞行器的变后掠机构放置于可变翼飞行器的机身顶部，用于实现无人机改变其自身机翼后掠角度的过程，并且可以在任意角度下停止，维持该构型持续飞行。通过本发明的变后掠机构，可变翼飞行器可以在允许范围内进行任意后掠角度的改变，并维持当前状态，帮助无人机实现多种飞行任务下的动态调整。

结构主体1包括固定板102，固定板102的前端设置有插板104；固定板102的中部设有走线孔103，其下端开设有凹槽105，走线孔与凹槽位于中心线上；固定板102的两侧设置有第一铰接孔101，两侧铰接孔关于中心对称布置。利用插板104插入机身上的凹槽后，由安装孔106与机身上相应孔位对其后通过螺栓固定安装。

转动部件2包括横板205，横板205上开设有第二铰接孔204，第三铰接孔206；横板205右侧为竖板203；竖板203右侧为连接板201，连接板201用于与机翼固定粘接；连接板上开有通槽202，桶槽202用于与机翼上的加强杆相固定；舵机驱动组件包括舵机3，舵臂4，连杆5；舵臂4上开设有第四铰接孔401，通孔402，舵臂通过通孔402与舵机3相连接；舵臂4安装于舵机3之上，连杆5用于连接第二铰接孔204与第四铰接孔孔401。

可变翼飞行器的变后掠机构的工作方法，可变翼飞行器的变后掠机构能够在任意角度下进行后掠角度的改变并具有维持改角度飞行的功能，后掠角度可根据飞行条件与任务设定，同时在变后掠角度过程中，两侧机翼保持统一角速度与角加速度，并在任意固定角度下，两侧机翼保持在同一水平面上，以提供竖直向上的升力。工作原理包括：

利用舵机转动中心位于固定板中心线上以保证两侧机翼水平等角速度、等角加速度的定轴转动，以提供数值向上的升力，不使无人机发生滚转；

舵机机构可以提供扭力以维持机翼在某一后掠角度下的固定；

后掠角度可根据实际情况进行实时动态调整，动态调整过程中，无人机保持飞行状态。

可变翼飞行器的变后掠机构根据实际情况进行实时动态调整后掠角度包括：

获取飞行器当前的飞行条件，根据飞行条件改变后掠角度以适应当前飞行条件；

根据飞行任务与无人机各个后掠角度下改善的参数相对应，确定合适的机翼构型并保持该构型完成对应的飞行任务；

根据飞行条件及飞行任务，实时、多次地改变其后掠角度，以改善其在不同飞行条件及飞行任务下的气动特性。

可变翼飞行器的变后掠机构，在一些实施例中，机翼构型的变化包括翼展变化、后掠角的变化等，机翼构型根据实际飞行条件及飞行任务可动态调整至合适姿态包括：

当飞行器处于地面操作状态或无任务状态时，可变后掠翼可变翼飞行器后掠机构保持后掠角度为最大状态；

当飞行器处于起飞状态时，可变后掠翼可变翼飞行器将后掠角度调整为零，以保证飞行器拥有最大升力；

当飞行器处于紊流时，可变后掠翼可变翼飞行器将后掠角度调整；

当飞行器处于巡航状态时，可变后掠翼可变翼飞行器将后掠角度调整为零；

当飞行器需要进行突防时，可变后掠翼可变翼飞行器将后掠角度调整到最大状态，以提高飞行器的机动性。

可变后掠翼可变翼飞行器能根据不同飞行条件及飞行任务改变其后掠角度，在飞行过程中多次动态调整其后掠角度，使可变后掠翼可变翼飞行器的适应能力得到大大提高。

至此，本发明已经结合附图进行了详细的说明。依据以上说明，本领域技术人员应当对本发明一种变翼飞行器的变后掠机构有了清除的认识。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构，其特征在于：包括用于与机身固连的结构主体(1)，所述结构主体(1)两侧均连接有转动部件(2)，两组所述转动部件(2)关于所述结构主体(1)中心对称；所述结构主体(1)下端安装舵机驱动部件，舵机驱动部件位于所述结构主体(1)竖直对称线上；

结构主体(1)包括固定板(102)，固定板(102)的前端设置有插板(104)；固定板(102)的中间部位设有走线孔(103)，固定板(102)下端开设有凹槽(105)，走线孔(103)与凹槽(105)位于中心线上；凹槽(105)下方两侧对称布置有安装孔(106)；固定板(102)的两侧设置有第一铰接孔(101)，两侧第一铰接孔(101)关于中心对称布置；所述转动部件(2)包括横板(205)，横板(205)上开设有第二铰接孔(204)，第三铰接孔(206)；横板左侧为竖板(203)；竖板左侧为连接板(201)；连接板上开有通槽(202)；舵机驱动部件包括舵机(3)、舵臂(4)和连杆(5)；舵臂(4)上开设有第四铰接孔(401)与通孔(402)；舵臂(4)安装于舵机(3)之上，连杆(5)用于连接第二铰接孔(204)与第四铰接孔(401)；舵机安装在结构主体(1)的位于中心线上的凹槽中，以保证两侧转动部件以相同角度和角速度转动；舵机线通过结构主体(1)上的走线孔与无人机内部的供能和控制元件相连；舵机通过舵臂，舵臂通过连杆带动两侧的转动部件进行定轴转动；转动部件与舵臂在同一水平面内，以保证与转动部件相连接的机翼在同一水平面转动；该机构的实施过程包括以下步骤：

步骤1：所述结构主体(1)固定安装在无人飞行器机身顶部；

步骤2：所述可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构由舵机驱动完成变后掠动作，并且由舵机、连杆、舵臂和转动部件支撑来维持后掠角度；

步骤3：获取飞行器实时的飞行条件和飞行任务，动态调整后掠角度；

步骤4：后掠角度根据实际飞行条件及飞行任务动态调整，动态调整过程中飞行器保持飞行状态；

步骤5：飞行任务与可变翼飞行器各个后掠角度下改善的参数相对应，确定相应机翼构型并在该构型下完成对应的飞行任务；根据飞行条件及飞行任务，实时、多次地改变其后掠角度。

2.根据权利要求1所述的可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构，其特征在于：步骤5包括以下情况：

a、当可变翼飞行器处于起飞状态时，所述可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构动态调整至后掠角度为零的状态；

b、当可变翼飞行器遇到紊流难以操控时，所述可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构动态调整至后掠角最大状态，以减小展向长度，增强飞行器机动性能；

c、当可变翼飞行器遇到紊流难以操控时，所述可变翼飞行器机翼可变后掠角度机构动态调整至后掠角最大状态，以增大展向长度，使可变翼飞行器进入巡航状态。