一种高精度轻质可控伸缩翼机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度轻质可控伸缩翼机构，通过编程控制智能材料形变实现驱动器伸缩，当各级驱动器收缩时，四连杆机构伸长，中间翼从固定翼内部伸出，外翼从中间翼内部伸出，实现整体机翼的伸长；当驱动器伸长时，四连杆机构缩短，外翼缩回中间翼内部，中间翼缩回固定翼内部，实现整体机翼的收缩。由于机构中部件均为刚性元件和刚性连接，传动稳定准确。伸缩翼在控制系统作用下精确伸出或收缩，机构质量轻、传动速度快、误差小。在满足飞行器不同阶段对于气动外形需求的同时，不会对飞行器的总体质量、安全方面产生很大影响；伸缩翼通过编程控制智能材料形变来实现机翼的任意展长高精度可控伸缩，还可起到控制元件的作用。
【专利说明】一种高精度轻质可控伸缩翼机构
【技术领域】
[0001]本发明属于航空应用【技术领域】，具体地说，涉及一种高精度轻质可控伸缩翼机构。
【背景技术】
[0002]现有公开的技术文献“可伸缩机翼结构设计与振动实验研究”(动力学与控制学报，2011年第4期)中，利用三维建模软件优化设计了可伸缩机翼的作动机构，完成对可伸缩机翼结构的总体和各个子系统结构设计，基于可伸缩机翼实验装置进行了振动实验研究，详细分析了在不同的外伸速度和收缩速度情况下，可伸缩机翼的横向振动响应，实验结果对工程应用具有一定的理论指导作用。文献“可伸缩机翼结构设计与振动实验研究”中设计的可伸缩机翼的作动机构，是通过电机-齿轮组-丝杠来实现翼的伸缩运动，虽然精度较高，但实现过程比较繁琐，且齿轮传动对于制造和安装要求高，成本较高，不适宜远距离两轴之间的传动，整个机构质量较大，影响飞行器有效载荷量。
[0003]发明专利CN 103482057 A中公开了一种“飞行器伸缩式机翼”，该伸缩式机翼是用于能在高山、峡谷等复杂地域起降的小型飞行器上的伸缩式机翼，安装有这种伸缩式机翼的飞行器油耗小、飞行速度块、航程长。但其仅适用于飞行器低速飞行，当飞行器高速飞行时，机翼载荷很大，其涡轮箱中的滑动配合会导致错位；此外，机构传动速度小，难以在短时间内实现伸缩变形。
[0004]智能材料结构在航空航天领域的应用越来越广泛，变形翼的发展更是备受瞩目。现在多数变形翼的形状改变是实现在智能材料的性能基础上，其应用成本较高。
【发明内容】
[0005]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种高精度轻质可控伸缩翼机构。伸缩翼可根据不同的飞行状态进行适应性改变，通过机翼伸缩满足飞行器在不同飞行阶段对气动外形的要求，同时可高速的实现任意展长的可控收缩，且可作为飞行器的控制元件；其对飞行器质量载荷、空间布局影响较小，机构简捷，成本较低。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括固定翼、中间翼、外翼、内四连杆、外四连杆、驱动器、双孔连接板，所述固定翼为翼根部分，内四连杆置于固定翼内部，固定翼一端封闭、一端敞开，固定翼封闭端固定在弹体上，所述中间翼位于固定翼与外翼之间，弦长为固定翼弦长的90%?95%，外四连杆置于中间翼内部，中间翼封闭端与固定翼敞开端通过双孔连接板沿翼展方向固连，所述外翼为翼稍部分，弦长为中间翼最小弦长的90%?95%，外翼两端封闭，其中一封闭端固定有翼稍凸耳，且与中间翼敞开端外四连杆沿翼展方向固连，内四连杆与外四连杆结构相同，均为四根连杆首尾铰接形成菱形四连杆机构，驱动器位于四连杆连接部位，驱动器两端球头分别与其内部的可编程形变材料连接，驱动器两端球头与四连杆铰接，所述双孔连接板为长方形，沿轴向有两个同径圆孔，双孔连接板的圆孔直径与四连杆的绞孔、翼稍凸耳圆孔直径相同，翼稍凸耳为双孔连接板长度的一半。
[0007]所述中间翼为一段翼或多段翼的任一种。
[0008]所述翼型采用NACA2410翼型。
[0009]有益效果
[0010]本发明提出的高精度轻质可控伸缩翼机构，通过编程控制智能材料形变来实现机翼的任意展长高精度可控伸缩；根据不同的飞行状态进行适应性改变，通过内部促动器和连杆机构实现翼的伸缩变形对翼的设计工作和飞行器外形不会产生影响，且可通过连接控制系统对翼的伸缩变形进行实时控制。能在飞行器需要滑翔时伸出机翼，使飞行器以较大的升阻比滑翔，在滑翔结束后可缩回机翼，实现整个机翼的收缩。由于机构中均为刚性元件和刚性连接，传动稳定准确。
[0011]本发明伸缩翼机构，通过机翼伸缩满足飞行器在不同阶段对气动外形的要求，同时可高速的实现任意展长的可控收缩，也可作为飞行器的控制元件。伸缩翼对飞行器质量载荷、空间布局影响较小，机构实现容易，成本较低；并且机构质量轻、传动速度快、误差小；在满足飞行器不同阶段对于气动外形需求的同时，不会对飞行器的总体质量、安全方面产生很大影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施方式对本发明一种高精度轻质可控伸缩翼机构作进一步的详细说明。
[0013]图1为本发明高精度轻质可控伸缩翼机构轴测图。
[0014]图2为本发明高精度轻质可控伸缩翼机构局部剖视图。
[0015]图3为本发明高精度轻质可控伸缩翼机构的四连杆机构示意图。
[0016]图4为本发明高精度轻质可控伸缩翼机构的中间翼示意图。
[0017]图5为本发明高精度轻质可控伸缩翼机构的驱动器轴测图。
[0018]图6为本发明高精度轻质可控伸缩翼机构的双孔连接板轴测图。
[0019]图中:
[0020]1.固定翼2.中间翼3.外翼4.内四连杆5.双孔连接板6.外四连杆7.驱动器8.第一绞孔9.第二绞孔10.第三绞孔11.第四绞孔12.翼稍凸耳13.驱动器球头孔
【具体实施方式】
[0021]本实施例是一种高精度轻质可控伸缩翼机构。
[0022]参阅图1?图6，本实施例高精度轻质可控伸缩翼机构，包括固定翼1、中间翼2、外翼3、内四连杆4、外四连杆6、驱动器7、双孔连接板5，
[0023]固定翼I为翼根部分，内四连杆4置于固定翼I内部，固定翼I 一端封闭、一端敞开，固定翼I封闭端固定在弹体上。中间翼2安装在固定翼I与外翼3之间，弦长为固定翼I弦长的90%?95%，外四连杆6置于中间翼2内部，中间翼2封闭端与固定翼I敞开端通过双孔连接板5沿翼展方向固连。中间翼为一段翼或多段翼。外翼3为翼稍部分，弦长为中间翼2最小弦长的90%?95%，外翼3两端封闭，其中一封闭端固定有翼稍凸耳12，且与中间翼2敞开端外四连杆6沿翼展方向固连，内四连杆4与外四连杆6结构相同，均为四根连杆首尾铰接形成菱形四连杆机构；驱动器7固连在四连杆连接部位，驱动器7两端球头分别与其内部的可编程形变材料连接，通过编程可控制智能材料拉伸或收缩，而智能材料的形变时驱动连接球头沿轴向移动，其是伸缩机构的动力源。驱动器7两端球头上分别有驱动器球头孔13，驱动器7两端球头与四连杆铰接。双孔连接板5为长方形，沿轴向有两个同径圆孔，双孔连接板5的圆孔直径与四连杆的四个绞孔、翼稍凸耳12圆孔直径相同。翼稍凸耳12为双孔连接板长度的一半。在收缩状态下，中间翼2和外翼3均收缩在固定翼I内部，所以固定翼I的展长、弦长即为整体伸缩翼在收缩状态下的展长和弦长。翼型采用NACA2410翼型。
[0024]内四连杆4与外四连杆6结构相同，内四连杆4为四根连接杆首尾铰接形成的菱形四连杆机构，具有四个自由节点，分别为第一绞孔8、第二绞孔9、第三绞孔10和第四绞孔11，内四连杆4在收缩状态下宽度小于固定翼I的弦长，在拉伸状态下长度小于固定翼I的展长，内四连杆4放置在固定翼I内部，其第一绞孔8固定在弹体上，第二绞孔9及第四绞孔11分别与驱动器7的驱动器球头孔13铰接，第三绞孔10与中间翼2的双孔连接板5的展向内孔铰接。
[0025]外四连杆6在收缩状态下宽度小于中间翼2的弦长，在拉伸状态下长度小于中间翼的展长，外四连杆6放置在中间翼2内部，其第一绞孔8与双孔连接板5的展向外孔铰接，第二绞孔9、第四绞孔11与驱动器7的驱动器球头孔13铰接，第三绞孔10与外翼3的翼稍凸耳铰接。
[0026]整个机构在收缩状态下，外翼在中间翼内部，中间翼在固定翼内部，整个传动机构在中间翼内部呈收缩状态，三段机翼形成夹层式结构，其强度可靠。当驱动器内部的智能材料根据编写的程序发生收缩变化时，驱动器两端的外露球头沿驱动器轴向靠近，内四连接杆、外四连接杆的第二绞孔、第四绞孔也沿着机翼弦向相互靠近，由于四连杆机构为菱形机构，在第二绞孔、第四绞孔相互靠近的同时，内四连杆、外四连杆的第一绞孔、第三绞孔沿着翼展方向相互远离，内四连杆的第一绞孔固定在机身上，其第三绞孔展向外移，由于双孔连接板的轴向内孔与第三绞孔铰接，固二者均从固定翼内部沿展向向外移动，外四连杆的第一绞孔在双孔连接板的驱动下展向外移，第三绞孔在双孔连接板和驱动器的双重驱动下加速向外移动，从而带动外翼从中间翼内部脱出，最终实现整体机翼的伸出。当机翼伸出时，整个传动机构呈拉伸状态，可近似为机翼的主梁，而固定翼与中间翼、中翼与外翼在并未完全脱离，形成了近似套筒的连接，故在伸展状态下整体机翼有较大的结构强度。在整个传动过程中均为刚性传动，故伸缩翼变形精度很高，同时由于智能材料形变量可控，故整个伸缩过程完全可控。
[0027]按照伸缩翼机构，整个翼面展长为0.25米，驱动器作用后整体机翼开始收缩，详细记录其展长如下:
[0028]
时间(s) 机翼展长(m)
O0.250
0.050.249
07?|θ.247
0.150.242
0720.232
0.250.219
0730.200
0.350.180
~0Λ0.156
0.450.127
0Γδ0.096
0.550.060
0Γθ0.020
0.62O
[0029]可见，机翼完全收缩时间仅为0.62秒，具有快速收缩的能力，完全意味着伸缩机构传动速度快，可作为控制系统的控制元件使用。
[0030]在机翼收缩过程中，由于驱动器的持续作用，其收缩速度一直增加:
[0031]
时间(S)I机翼收缩速度(m/s)
OO
0.050.041
07?0.088
0.150.141
0720.195
0.250.256
0730.317
0.350.378
074|θ.438
0.450.499
0Γδ0.563
0.550.627
0Γθ0.689
0.620.715
[0032]
[0033]在机翼完全收回时，其收缩速度为0.715m/s，瞬间撞击加速度为1.3m/s，一般的航空选材如铝、钢，均可承受此冲击。因此，此伸缩翼机构虽然传动速度快，但是对机构强度要求并不高。
[0034]由于采用智能材料作为驱动且机构简单可靠，整个伸缩翼机构质量轻、占用空间小，智能材料的形变程度可通过控制系统输入的程序代码来控制且机构中的各部件均为刚性连接，没有弹性或半弹性元件，因此机构传动完全可控、精度高、误差小。
【权利要求】
1.一种高精度轻质可控伸缩翼机构，其特征在于:包括固定翼、中间翼、外翼、内四连杆、外四连杆、驱动器、双孔连接板，所述固定翼为翼根部分，内四连杆置于固定翼内部，固定翼一端封闭、一端敞开，固定翼封闭端固定在弹体上，所述中间翼位于固定翼与外翼之间，弦长为固定翼弦长的90%?95%，外四连杆置于中间翼内部，中间翼封闭端与固定翼敞开端通过双孔连接板沿翼展方向固连，所述外翼为翼稍部分，弦长为中间翼最小弦长的90%?95%，外翼两端封闭，其中一封闭端固定有翼稍凸耳，且与中间翼敞开端外四连杆沿翼展方向固连，内四连杆与外四连杆结构相同，均为四根连杆首尾铰接形成菱形四连杆机构，驱动器位于四连杆连接部位，驱动器两端球头分别与其内部的可编程形变材料连接，驱动器两端球头与四连杆铰接，所述双孔连接板为长方形，沿轴向有两个同径圆孔，双孔连接板的圆孔直径与四连杆的绞孔、翼稍凸耳圆孔直径相同，翼稍凸耳为双孔连接板长度的一半。
2.根据权利要求1所述的高精度轻质可控伸缩翼机构，其特征在于:所述中间翼为一段翼或多段翼的任一种。
3.根据权利要求1所述的高精度轻质可控伸缩翼机构，其特征在于:所述翼型采用NACA2410 翼型。
【文档编号】B64C3/56GK104176238SQ201410420872
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】赵成泽, 时圣波, 宋一凡, 张柯, 李奥, 胡寒栋, 朱政光, 戴存喜, 李可, 曹梦楠 申请人:西北工业大学