一种基于空间二自由度可展机构的飞行器变形头锥装置的制作方法

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种基于空间二自由度可展机构的飞行器变形头锥装置。

背景技术：

空天飞行器在飞行任务中，飞行环境差异巨大，所以需要对飞行器的气动外形进行改变，而头锥是影响飞行器所受空气阻力的关键结构。从仿生学角度，头锥所需要的变形特征与蜜蜂腹部变形十分相似，即实现灵活的弯曲和伸缩变形，而目前的头锥多为固定式结构，并不能实现灵活的弯曲和伸缩变形。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于空间二自由度可展机构的飞行器变形头锥装置，能够实现整体的自由伸缩和弯曲，具备变形量大、驱动简单、占用空间少、可靠性高的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于二自由度空间可展机构的飞行器变形头锥装置，包括头锥外壳1、伸长弯曲杆系机构2和辅助球副机构3，其中，头锥外壳1一共分成三级以上，第一级头锥外壳1a为直径最大的圆柱状，中间级头锥外壳直径递减，且均为圆台状，最末级头锥外壳最外端有球冠特征，头锥外壳之间通过伸长弯曲杆系机构2和辅助球副机构3连接。

所述的伸长弯曲杆系机构2由两组关于头锥外壳水平中分面对称安装的伸长弯曲杆系组成，每一组伸长弯曲杆系包括四组平行四边形传动杆系，四组平行四边形传动杆系的输入和上一级的驱动杆2a、传动杆2c铰接，最后一级四组平行四边形传动杆系的输出和尾杆2d铰接，第一级头锥外壳内铰接有首级驱动杆2a，最后一级头锥外壳内铰接有尾杆2d。

所述的平行四边形传动杆系包括上一级的驱动杆2a，驱动杆2a以及与其平行的短杆2b均安装在头锥外壳的垂直中分面上，另外两个短杆2b的安装位置则在驱动杆2a两侧，一端分别在其中心孔以及端孔处与驱动杆2a铰接，另一端一个与头锥外壳在绞链座处铰接，一个在头锥外壳垂直中分面处的短杆2b的一侧与其一端铰接，传动杆2c在短杆2b一侧以及驱动杆2a一侧分别与两者铰接。

所述的辅助球副机构3共两组，关于头锥外壳垂直中分面对称分布安装，每一组辅助球副机构3包括四个相同的辅助球副以及一个带有球副尾杆3d的辅助球副，辅助球副包括球副球体3a、带球杆3b或者球副尾杆3d、球副连杆3c以及球副上盖3e，球副球体3a与带球杆3b或者球副尾杆3d通过螺纹连接，球副球体3a与球副上盖3e以及头锥外壳1内的半球槽特征构成球副结构；带球杆3b或者球副尾杆3d与球副连杆3c一端铰接，球副连杆3c另一端与头锥外壳1在其绞链座处铰接。

本发明的有益效果为：

本发明通过相应的伸缩弯曲杆组机构2和球副辅助机构3与头锥外壳1构成的二自由度空间可展机构，实现类似于蜜蜂腹部变形的头锥外壳的伸长和弯曲的运动，并且只需要在第一级头锥上下驱动杆两处安装驱动，控制该两个驱动杆的旋转运动即可实现整体机构的伸长和弯曲运动。

本发明运动控制灵活，驱动形式简单，头锥变形运动的伸长长度和偏转角度准确可控，可以满足飞行器在不同环境下的技术要求，并且头锥内部被占用的空间少，上下平行四边形传动杆系机构以及两侧的辅助球副机构的设计参考了蜜蜂腹部实现变形的背腹板连接结构以及节间褶的结构，仿生的效果明显。

附图说明

图1是本本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的侧视图。

图3是本发明实施例的俯视图。

图4是本发明实施例第三、四级连接处的示意图。

图5是本发明实施例第三、四级连接处的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。

参照图1，一种基于二自由度空间可展机构的飞行器变形头锥装置，包括头锥外壳1、伸长弯曲杆系机构2和辅助球副机构3，其中，头锥外壳1一共分成六级，第一级头锥外壳1a为直径最大的圆柱状，从第二至六级头锥外壳直径递减，且均为圆台状，第六级头锥外壳最外端有球冠特征，头锥外壳之间通过伸长弯曲杆系机构2和辅助球副机构3连接。

参照图2，所述的伸长弯曲杆系机构2由两组关于头锥外壳水平中分面对称安装的伸长弯曲杆系组成，每一组伸长弯曲杆系包括四组平行四边形传动杆系，四组平行四边形传动杆系的输入和上一级的驱动杆2a、传动杆2c连接，最后一级四组平行四边形传动杆系的输出和尾杆2d连接，第一级头锥外壳内连接有首级驱动杆2a，最后一级头锥外壳内连接有尾杆2d。

参照图2、图4和图5，所述的平行四边形传动杆系包括上一级的驱动杆2a，驱动杆2a以及与其平行的短杆2b均安装在头锥外壳的垂直中分面上，另外两个短杆2b的安装位置则在驱动杆2a两侧，一端分别在其中心孔以及端孔处与驱动杆2a铰接，另一端一个与头锥外壳在绞链座处铰接，一个在头锥外壳垂直中分面处的短杆2b的一侧与其一端铰接，传动杆2c在短杆2b一侧以及驱动杆2a一侧分别与两者铰接；

所述的驱动杆2a前四个为长杆，分别和第一至第四级头锥外壳在铰链座处铰接，最后一个驱动杆2a为短杆与第五级头锥外壳在绞链座处铰接，尾杆2d窄一端和最后一级头锥外壳连接。

参照图3、图4和图5，所述的辅助球副机构3共两组，关于头锥外壳垂直中分面对称分布安装，每一组辅助球副机构3包括四个相同的辅助球副以及一个带有球副尾杆3d的辅助球副，辅助球副包括球副球体3a、带球杆3b或者球副尾杆3d、球副连杆3c以及球副上盖3e，球副球体3a与带球杆3b或者球副尾杆3d通过螺纹连接，球副球体3a与球副上盖3e以及头锥外壳1内的半球槽特征构成球副结构；带球杆3b或者球副尾杆3d与球副连杆3c一端铰接，球副连杆3c另一端与头锥外壳1在其绞链座处铰接。

本发明的工作原理为：

本发明共有两个整体驱动，分别在第一级头锥外壳内通过液压推杆驱动装置推动第一级头锥外壳处的上下两个驱动杆2a转动，根据头锥外壳、伸长弯曲杆系机构以及辅助球副机构组成的二自由度空间可展机构的运动原理，当两个驱动杆2a从初始位置转动相同角度时，头锥外壳1将在联动的杆系的推动下实现伸长的运动。若两个驱动杆2a差动输出，则在对称的位置起始沿相同或者不同的方向旋转不同的角度可以实现头锥整体的伸长弯曲、收缩弯曲或者长度不变的弯曲运动，弯曲运动的方向可以向上或者向下，这主要取决于第一级头锥外壳处的驱动杆2a旋转后的相对位置。由于上下伸长弯曲杆系的推动的距离不同，头锥可以实现弯曲的运动，即头锥整体绕球副在垂直面内实现旋转的运动。

本发明驱动系统简单，整体机构运动稳定可靠。根据机构运动原理进行计算发现，本发明变形头锥装置可以实现多种变形方式，通过调整不同的驱动杆差动驱动参数，可以得到头锥装置的不同变形结果，既可以单独实现伸长运动，也可以在伸长的基础上只实现弯曲运动，也可以同时实现伸长运动和弯曲运动。

技术特征：

技术总结
一种基于二自由度空间可展机构的飞行器变形头锥装置，包括头锥外壳，头锥外壳一共分成三级以上，第一级头锥外壳为直径最大的圆柱状，中间级头锥外壳直径递减，且均为圆台状，最末级头锥外壳最外端有球冠特征，头锥外壳之间通过伸长弯曲杆系机构和辅助球副机构连接；伸长弯曲杆系机构由两组关于头锥外壳水平中分面对称安装的伸长弯曲杆系组成，每一组伸长弯曲杆系包括四组平行四边形传动杆系，四组平行四边形传动杆系的输入和上一级的驱动杆连接，最后一级四组平行四边形传动杆系的输出和尾杆连接；辅助球副机构共两组，关于头锥外壳垂直中分面对称分布安装，本发明能够实现整体的自由伸缩和弯曲，具备变形量大、驱动简单等优点。

技术研发人员：阎绍泽;果晓东;余良;曲绍阳;李志伟;韩穆峙;祝玉兰
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2017.12.07
技术公布日：2018.05.18