折叠式机翼的制作方法

技术领域：

本发明是一种“折叠式机翼”，主要由：机翼支撑骨架、滑轨、蒙皮支撑肋、蒙皮、机翼动作装置等部分构成，用于以较低速度飞行的飞行器，属于航空领域。

背景技术：
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机翼是航空飞行器的重要部件，机翼的主要功能是产生升力，以支持飞行器在空中飞行，现在的机翼主要由机翼内支撑骨架和表面蒙皮共同组成，内支撑骨架由纵向和横向梁组成形状固定的桁架，用以维持机翼剖面形状、支撑表面蒙皮、承受蒙皮传来的气动荷载；表面蒙皮用以维持机翼外形，将机翼气动力传动给机翼支撑骨架。

现有固定翼飞行器机翼面积基本是不变的，机翼形状一经确定也是不能改变的，因此使得固定翼飞行器在地面停放时占用较大的空间，为了减少占用空间，有些飞行器的机翼可以部分折叠，如航空母舰的舰载机；有些小型飞行器为了减小储存时占用的空间，采用机翼旋转和机身重叠的方式，飞行时再旋转展开，如一些小型无人机；但这些方法都不能改变机翼面积，也受到许多条件限制，无法广泛使用。采用现有技术，无法使固定翼飞行器：既可以在停放、储存时将机翼收拢折叠减少占用空间，又可以在飞行状态下展开机翼，扩大面积，使机翼能够产生足够的升力，以支持飞行器在空中飞行。

技术实现要素：
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本发明的目的是：通过实施一种机翼支撑骨架和机翼蒙皮能够折叠的机翼，实现飞行器停放储存时机翼收拢折叠，占用较小空间，飞行器升空后机翼展开，机翼面积随之扩大，形成可产生升力、承担荷载的机翼，以支持飞行器在空中飞行。

本发明主要由：可以收拢折叠的机翼支撑骨架、滑轨、蒙皮支撑肋，蒙皮，机翼动作装置等部分构成，

进一步地，机翼支撑骨架是三角形的桁架，由若干根长度不同、高度不同的纵向梁和横向梁，以及一条滑轨，通过相互铰接和滑动连接方式构成，该桁架用以维持机翼平面和剖面形状、支撑蒙皮支撑肋和表面蒙皮、承受蒙皮传来的气动荷载；其中最长的一根纵向梁是机翼前缘梁，最长的一根横向梁是机翼后缘梁，滑轨是机翼的翼根梁，滑轨连接在飞行器上。

进一步地，滑轨是机翼的翼根梁，连接飞行器本体和机翼三角形桁架，滑块是可沿滑轨槽滑动的部件，机翼前缘梁的翼根端铰接连接在滑轨前端的固定件上，能够绕铰接点转动，不能沿滑轨滑动。三角形桁架翼根端其它各节点铰接连接到滑轨相应各滑块上，滑块受机翼动作装置作用力后能够沿滑轨滑动，从而改变了三角形桁架翼根边的长度，带动三角形桁架变形，改变三角形的形状和面积，实现机翼折叠、展开的目的。

进一步地，为使机翼支撑骨架折叠后能够和机身平行，进一步地缩小占用空间，固定件和各滑块向外伸展出按比例确定长度的固定短臂，与机翼前缘梁铰接的固定短臂长度最长，与机翼后缘梁铰接的固定短臂长度最短，三角形桁架翼根端各节点，铰接连接到相应滑块的固定短臂上。

进一步地，机翼前缘梁利用机翼前缘厚度和宽度，制作成符合气动力的形状，既能够增加其强度，又可以保持机翼前缘好的气动外形，前缘梁的翼根端从铰接点再延长至机身内，可使翼根前端有较好的气动外形，还可以利用机身的约束增强前缘梁抗弯、抗扭能力。

进一步地，机翼后缘梁利用机翼后缘的厚度和宽度，制作成具有足够强度的三角形桁架的底边。后缘梁翼尖部位和前缘梁的翼尖部位铰接连接，翼根部位铰接连接在滑轨的滑块上。

进一步地，横向梁和纵向梁在三角形桁架内，相互为沿机翼厚度方向上下位置铰接连接，各梁的端头分别连接在前缘梁、后缘梁、滑轨滑块上。

进一步地，蒙皮支撑肋是构成机翼纵断面气动外形的部件，同时连接着机翼折叠蒙皮，多组蒙皮支撑肋支撑着蒙皮按该气动外形构成机翼外表面，每组蒙皮支撑肋都由上、下两根肋构成，两根肋分别位于机翼三角形桁架的上表面和下表面，每组蒙皮支撑肋的前端和机翼前缘梁铰接连接，两根肋的后端连接在一起，机翼展开后，蒙皮支撑肋搭接在机翼三角形桁架上、下表面，将承受的机翼蒙皮气动荷载传送给机翼支撑骨架。

进一步地，机翼蒙皮连接着机翼支撑肋，附着于机翼前缘和机翼支撑肋表面，机翼蒙皮为可折叠软质材料，材料应具有重量轻、厚度薄、抗拉强度高、拉伸变形小等特性，当机翼收拢折叠时，机翼蒙皮随之收拢折叠，当机翼展开后，机翼蒙皮在机翼三角形桁架和机翼支撑肋的拉伸下展开、绷紧，形成机翼外表面，利用机翼蒙皮材料的张力承受气动力带来的荷载。

进一步地，机翼动作装置是使机翼展开或者折叠的机构，该装置的形式和它的使用状态有关，如果折叠机翼仅以存放时减小占用空间为目的，使用前将机翼展开，可以采用人工展开或者用机械展开；如果是飞行器升空后机翼展开，可以采用伞拉动展开，或者机械装置拉动展开；如果飞行器重复使用，飞行完成降落后，可采用人工折叠或者机械折叠。

一种折叠式机翼，主要由机翼支撑骨架、滑轨、蒙皮支撑肋、机翼蒙皮、机翼动作装置构成，其特征是：机翼支撑骨架能够折叠并带动蒙皮支撑肋和表面蒙皮同步动作，实现机翼折叠、展开的目的。机翼支撑骨架是三角形的桁架，由若干根长度不同、高度不同的纵向梁和横向梁和一条滑轨，通过相互铰接和滑动连接方式构成，该桁架用以维持机翼平面和剖面形状、支撑蒙皮支撑肋和表面蒙皮、承受蒙皮传来的气动荷载；其中最长的一根纵向梁是机翼前缘梁，最长的一根横向梁是机翼后缘梁，滑轨是机翼的翼根梁，滑轨连接飞行器本体和机翼三角形桁架，滑块是可沿滑轨槽滑动的部件，机翼前缘梁的翼根端铰接连接在滑轨前端的固定件上，能够绕铰接点转动，不能沿滑轨滑动。三角形桁架翼根端其它节点铰接连接到滑轨的滑块上，滑块受机翼动作装置作用力后能够沿滑轨滑动，从而改变了三角形桁架翼根边的长度，带动三角形桁架变形，改变三角形的形状和面积，实现机翼折叠、展开的目的。

附图说明：

下面结合附图详细论述本发明。

图1——机翼支撑骨架完全展开平面图；

图2——机翼支撑骨架完全折叠平面图；

图3——机翼支撑骨架半展开平面图；

图4——a节点平面图；

图5——a节点1-1剖面图；

图6——b节点平面图；

图7——b节点2-2剖面图；

图8——c节点平面图；

图9——c节点3-3剖面图；

图10——a-a剖面图；

图11——机翼支撑骨架完全折叠状态下的单线条原理图；

图12——机翼支撑骨架半展开状态下的单线条原理图；

图13——机翼支撑骨架完全展开状态下的单线条原理图；

图14——机翼完全展开平面透视图；

图15——机翼半展开平面透视；

图16——机翼完全折叠平面透视图；

图17——机翼b-b剖面图；

图18——b-b剖面之4-4剖面图；

图19——机翼完全折叠状态下的飞行器平面透视图；

图20——机翼半展开状态下的飞行器平面透视图；

图21——机翼完全展开状态下的飞行器平面透视图；

图22——机翼完全折叠状态下的飞行器平面图；

图23——机翼半展开状态下的飞行器平面图；

图24——机翼完全展开状态下的飞行器平面图；

图25——短臂旋转式机翼支撑骨架完全折叠状态下的单线条原理图；

图26——短臂旋转式机翼支撑骨架半展开状态下的单线条原理图；

图27——短臂旋转式机翼支撑骨架完全展开状态下的单线条原理图；

图28——一种折叠式机翼无人机发射过程示意图；

附图中编号：

1——横向梁；2——纵向梁；3——机翼前缘梁；4——机翼后缘梁；5——滑轨；6——固定连接件；7——滑块；8——蒙皮支撑肋；9——蒙皮支撑肋尾尖滑块(尾尖滑块)；

10——蒙皮；11——机翼动作装置；

具体实施方式：

本发明通过实施以下技术措施实现其发明目。

图1是一对展开的折叠式机翼支撑骨架平面图，图2是机翼支撑骨架完全折叠平面图，图3是机翼支撑骨架半展开平面图。机翼支撑骨架主要由：可以收拢折叠的支撑骨架、滑轨、机翼动作装置等部分构成，

机翼支撑骨架由若干根按计算确定的长度不同，高度不同的横向梁1、纵向梁2、和机翼前缘梁3、机翼后缘梁4，滑轨5、固定连接件6、滑块7通过相互铰接和滑动连接方式，构成如图1所示的三角形桁架。该桁架用以维持机翼的平面和剖面形状、支撑蒙皮支撑肋和表面蒙皮、承受蒙皮传来的气动荷载。

滑轨5具有以下功能：

1、是机翼三角形桁架和飞行器本体之间的连接件；

2、连接并约束滑块7，使其只能沿滑轨运动；

3、是机翼三角形桁架的翼根梁；

滑轨5连接飞行器本体和机翼三角形桁架，机翼前缘梁3的翼根端铰接连接在固定连接件6的短臂上，能够绕铰接点转动，不能沿滑轨5滑动(见图4、图5)。三角形桁架翼根端其它各节点，铰接连接到相对应的滑块7的短臂上，滑块7受机翼动作装置11作用力后能够沿滑轨5滑动，改变了三角形桁架翼根梁的长度，带动三角形桁架以固定连接件6的铰接点为中心，沿滑轨5收拢或展开，从而改变三角形的形状和面积(见图2、图3)，实现机翼折叠、展开的目的。(滑轨、滑块，滑轨和滑块的连接方式有多种形式，本发明仅例举了一种形式)。

为使机翼支撑骨架折叠后能够和机身平行，进一步地缩小占用空间，固定连接件6和滑块7向两侧伸展出按计算确定长度的短臂，与三角形桁架翼根端各节点铰接连接(见图4、图5、图6、图7、图8、图9)。

图10是机翼支撑骨架的a-a剖面图，该图展现了机翼支撑骨架各梁之间的位置关系，其中：

机翼前缘梁3利用机翼前缘厚度和宽度，制作成符合空气动力的形状，既能够增加其强度，又可以保持机翼前缘好的气动外形，将前缘梁3的翼根端从固定连接件6铰接点再延长至机身内(见图1、图4、图5)，可使翼根前端有较好的气动外形，还可以利用机身的约束增强前缘梁抗弯、抗扭能力。

机翼后缘梁4利用机翼后缘的厚度和宽度，制作成具有足够强度的三角形桁架的底边。后缘梁4翼尖部位和前缘梁3的翼尖部位铰接连接，翼根部位铰接连接在滑块7的短臂上(图1、图2、图3、图8、图9)。

横向梁1和纵向梁2在三角形桁架内，相互为沿机翼厚度方向上下位置铰接连接，各梁的端头分别连接在前缘梁、后缘梁、滑轨滑块上。

图11、图12、图13采用单线条的形式更清晰的展示了机翼三角形桁架运动原理，图11是机翼支撑骨架完全折叠状态下的单线条原理图；图12是机翼支撑骨架半展开状态下的单线条原理图；图13是机翼支撑骨架完全展开状态下的单线条原理图。

图14是展开后的机翼平面透视图，图15是半展开的机翼平面透视图，图16是完全折叠的机翼平面透视图。

图中蒙皮支撑肋8、蒙皮支撑肋尾尖滑块9(以下简称：尾尖滑块)是构成机翼纵断面气动外形的部件，蒙皮10是机翼的外表面。

图17是图14的b-b剖面图，图中展示了机翼支撑骨架、蒙皮支撑肋8、尾尖滑块9、蒙皮10之间的关系。其中，蒙皮支撑肋8主要具有以下作用：

1、构成并保持机翼纵断面气动外形；

2、连接并支撑蒙皮10，约束蒙皮10在机翼折叠和展开时按设计的路径运动，

3、在机翼支撑骨架的带动下绷紧蒙皮10，使其能够承受气动力；

4、接受蒙皮10传递的气动荷载，并传递给机翼支撑骨架；

图18是图17的4-4剖面图，展示尾尖滑块9和机翼支撑肋8、蒙皮10之间的关系。

尾尖滑块9是蒙皮支撑肋的可滑动延长部分，主要具有以下作用：

1、和蒙皮支撑肋8共同构成并保持机翼纵断面气动外形；

2、能够在蒙皮支撑肋8的约束下滑动，延长或缩短蒙皮支撑肋的长度，从而使得蒙皮10能够沿蒙皮支撑肋8滑动，以适应机翼折叠和展开动作时对蒙皮10的拉伸。

多组蒙皮支撑肋支撑着蒙皮构成机翼外表面，每组蒙皮支撑肋都由上、下两根肋构成，两根肋分别位于机翼三角形桁架的上表面和下表面，每组蒙皮支撑肋的前端和机翼前缘梁3铰接连接，两根肋的后端连接在一起，机翼展开后，蒙皮支撑肋8搭接在机翼三角形桁架上、下表面，将承受的机翼蒙皮气动荷载传送给机翼支撑骨架(图17)。为了构造机翼纵断面气动外形，蒙皮支撑肋8尾部的长度要超过机翼后缘梁4，由此带来的优点是：蒙皮支撑肋增加的长度形成了增加的机翼面积。

机翼蒙皮10连接着蒙皮支撑肋8、尾尖滑块9，附着于机翼前缘梁3和机翼支撑肋表面，形成机翼外表面(图17)。机翼蒙皮10为可折叠软质材料，材料应具有重量轻、厚度薄、抗拉强度高、拉伸变形小等特性，当机翼收拢折叠时，机翼蒙皮10随之收拢折叠，当机翼展开后，机翼蒙皮10在机翼三角形桁架和机翼支撑肋的拉伸下展开、绷紧，形成机翼外表面，利用机翼蒙皮材料的张力承受空气动力荷载。

机翼动作装置11是使机翼展开或者折叠的机构，该装置的具体形式和它的使用状态有关，如果折叠机翼仅以存放时减小占用空间为目的，使用前将机翼展开，可以采用人工展开或者用机械展开；如果是飞行器升空后机翼展开，可以采用伞拉动展开，或者机械装置拉动展开，或者伞拉动展开加机械装置拉紧等方式；如果飞行器重复使用，飞行器降落后，机翼可采用人工折叠或者机械折叠。机翼动作装置11按照需要，可以置于滑轨前端或滑轨后端，附图中显示的机翼动作装置11是一种后置式示意图。

图19、图20、图21展示了安装在一个机体上的“折叠式机翼”从完全折叠，到半展开，到完全展开的透视图形式，图19表现的是飞行器在存储状态和飞行前的状态，图20表现的是飞行器飞行后机翼逐渐展开的状态，图21表现的是飞行器机翼完全展开后飞行器正常飞行的状态。

图22、图23、图24展示了安装在一个机体上的“折叠式机翼”从完全折叠，到半展开，到完全展开的平面图形式，图22表现的是飞行器在存储状态和飞行前的状态，图23表现的是飞行器飞行中机翼逐渐展开的状态，图24表现的是飞行器机翼完全展开后飞行器正常飞行的状态。

机翼支撑骨架有两种形式，以上阐述的机翼支撑骨架，短臂和滑块7为一体，滑块7沿滑轨5滑动时，短臂不会发生旋转。另一种机翼折叠骨架如图25、图26、图27所示：滑块7和短臂不是一体，短臂是纵向梁2和前缘梁3的延长段，短臂的顶端铰接连接在固定连接件6和滑块7中心点位置，当滑块7沿滑轨5运动时，带动三角形桁架，以前缘梁3的延长短臂在固定连接件6上的铰接点为中心，沿滑轨5产生变形，实现折叠、展开的目的，在滑块7滑动过程中，短臂作为梁的延长段，随梁一起发生旋转。

本发明的拓展：

基于同样原理，本发明既能够用于飞行器机翼，也能够应用于飞行器垂直尾翼和水平尾翼。

上述说明中给出的滑轨5为一条，同时做为两侧机翼的滑轨和翼根梁，基于同样原理，滑轨5也可以是两条，置于飞行器机身两侧，各自为同侧的机翼滑轨和翼根梁。

本发明具有以下主要优点：

1、具有同一付机翼能够按照使用要求产生形状、面积变化的功能。

2、折叠后的机翼体积远小于展开后的机翼体积，用于飞行器后，使飞行器减小储存、发射所需要的空间，因此能够实现飞行器储存发射一体化，具备更大的灵活性。

3、飞行器升空后，折叠机翼展开，机翼面积增大数倍，能够产生更大的升力，承载更大的荷载，增加飞行器的能力。

4、可用于不同种类、不同规格的飞行器。

本发明用途：

本发明能够在许多领域实施，例如；

1、飞行汽车——汽车在正常路面行驶时机翼收拢折叠在汽车顶棚上面，汽车起飞时，机翼展开，形成足够大的机翼面积，产生足够的升力，支持汽车飞行。

2、单人飞行器——现有的单人飞行器由于体积的限制和起飞方式的限制，难以安装机翼，所需升力完全由发动机提供，因此造成燃料消耗大、升空时间短。而折叠机翼应用于单人飞行器，可以在起飞阶段使机翼折叠，升空后展开机翼水平飞行，由机翼提供一部分升力，可以减少燃料的消耗，增加飞行器航程。

3、小型有人飞机。

4、无人机——平时储存、运输，可以将无人机机翼折叠后存储在发射筒内，使用时直接通过发射筒发射，飞机升空后机翼展开，产生足够的升力，支持无人机飞行。此种方式可应用于陆地、海上舰船、水下潜艇。

5、空投方式——将飞行器机翼折叠存放在飞机机舱内，由飞机将飞行器带至指定空域空投，飞行器空投后，机翼展开，产生足够升力，支持飞行器飞行。

实施例方案：

图28展示的是一种采用本发明的无人机，从储存、发射、升空、机翼展开，到正常飞行的过程示意图。