一种含电机和气压的综合驱动的空天飞行器变形头锥装置的制作方法

本发明属于航天飞行器技术领域，具体涉及一种含电机和气压的综合驱动的空天飞行器变形头锥装置。

背景技术：

航天飞行器在进行高速飞行的过程中将受到环境的巨大影响，而蜜蜂在飞行过程中能够通过调整尾部与腹部将影响降低，依靠仿生学进行研究的飞行器变形技术应运而生。但是相关的变形领域多为发动机与机翼的变形，针对其他部分的变形相对较少，尤其是关于头锥的变形机构更少。

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一种含电机和气压的综合驱动的空天飞行器变形头锥装置，能够实现头锥在水平面内沿轴向的伸长运动及竖直面内的弯曲运动。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种含电机和气压的综合驱动的空天飞行器变形头锥装置，包括头锥外壳1，头锥外壳1为三级以上，自后向前头锥外壳1直径递增，各头锥外壳1之间通过连接机构4进行连接，最后一级头锥外壳后端铰链有三星环4a；

前两级以上的头锥外壳1包括环状外壳1a，环状外壳1a的前端内部通过铰链和三星环4a连接，环状外壳1a内部连接有一横板1b，横板1b下方和滑槽2b连接，滑槽2b的端头设有挡板2d，和滑槽2b配合的螺母滑块2e连接在滚珠丝杠2c上，滚珠丝杠2c和电机2a的输出轴连接，螺母滑块2e下方和导杆2f的一端连接，导杆2f的另一端和另一级的三星环4a连接；

导杆2f靠近后端连接有套筒3b，套筒3b和气压推杆3a伸出端铰接，气压推杆3a固定端和气压平台3c顶部连接，气压平台3c底部连接在环状外壳1a内。

所述的电机2e置于横板1b下方，其分布关于头锥外壳1的竖直中分面对称。

所述的气压平台3c的位置关于头锥外壳1竖直中分面对称，气压传动的方向与头锥外壳1的轴线垂直。

本发明的技术效果为：

1)驱动形式简便，自锁性能较易实现。由于本发明的自由度为2，操作较方便，可以实现头锥机构关键曲率半径的序进变化。

2)本发明可以实现单元化，具有较好的可扩展性。通过分析可以发现，机构可以分为三角形机构与四边形机构两类。如果机构不足以满足运动精度的要求，可采用扩展机构，即添置四边形机构的方式来提高运动精度。如果平面机构不满足变形要求，可以将机构以直线运动杆件为轴扩展为空间对称机构。

3)结构简单，便于加工制造。

本发明可以仿照蜜蜂腹部变形实现伸缩和变形运动，以满足飞行器在不同环境下的技术要求，既能实现头锥的伸缩运动，又能实现弯曲运动，具有驱动形式简便，自锁性能较易实现、可单元化、机构形式简单，便于加工制造的优点。

附图说明

图1是本发明实施例整体结构示意图。

图2是本发明实施例侧面示意图。

图3是本发明实施例第一至第四级头锥外壳的内部结构示意图。

图4是本发明实施例第五级头锥结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

参照图1、图2、图3和图4，一种含电机和气压的综合驱动的空天飞行器变形头锥装置，包括头锥外壳1，头锥外壳1共分五级，第五级头锥1c作为后方，自后向前头锥外壳1直径递增，各头锥外壳1之间通过连接机构4进行连接；一至四级头锥外壳1的外形为圆柱面，第五级头锥外壳1c为圆柱面加一近似的半球面，第五级头锥外壳1前端铰链有三星环4a；

前四级头锥外壳1包括环状外壳1a，环状外壳1a的前端内部通过铰链和三星环4a连接，环状外壳1a内部连接有一横板1b，横板1b下方和滑槽2b连接，滑槽2b的端头设有挡板2d，和滑槽2b配合的螺母滑块2e连接在滚珠丝杠2c上，滚珠丝杠2c和电机2a的输出轴连接，螺母滑块2e下方和导杆2f的一端连接，导杆2f的另一端和另一级的三星环4a连接；电机2a、滑槽2b、滚珠丝杠2c、挡板2d、螺母滑块2e和导杆2f组成伸缩机构2；电机2a带动滚珠丝杠2c旋转，从而使螺母滑块2e带动导杆2f进行伸缩运动；

导杆2f靠近后端连接有套筒3b，套筒3b和气压推杆3a伸出端铰接，气压推杆3a固定端和气压平台3c顶部连接，气压平台3c底部连接在环状外壳1a内；气压平台3c、套筒3b和气压推杆3a组成弯曲机构3，三星环4a即连接机构4，气压推杆3a上升下降的运动，使导杆2f与轴线产生夹角的变化，带动后一级头锥外壳偏转，实现头锥结构的弯曲运动。

所述的电机2e置于横板1b下方，其分布关于头锥外壳1的竖直中分面对称。

所述的气压平台3c的位置关于头锥外壳1竖直中分面对称，气压传动的方向与头锥外壳1的轴线垂直。

本发明的工作原理为：

通过电机2a驱动，可实现伸缩运动。某一级头锥外壳1的电机2a输出一个转矩，通过滚珠丝杠2c将此转矩输出螺母滑块2e，使导杆2f同步平动。此级的导杆2f与下一级的三星环4a相固连，即此时下一级的头锥外壳1相比于本级头锥外壳1也发生平动。于是，通过电机2a的转动，最终实现了之后各级头锥外壳1的平动。整体看来，实现了头锥装置的伸缩运动。

通过气压驱动，可实现弯曲运动。某一级头锥外壳1的导杆2f通过气压作用与气压推杆3a产生竖直方向上的相对运动，套筒3b由于与气压推杆3a铰接，同时导杆2f与下一级的三星环4a固连，使得下一级头锥外壳1单侧受力，与水平面产生一个夹角，即发生了转动。整体看来，通过导杆2f与气压推杆3a的相对运动，实现了之后各级头锥外壳1的转动。各级联动，产生了弯曲运动，且只能向下弯曲。本发明各电机2a以及气压推杆3a既能独立运动，又能相互运动，变形方便。对于所要求的变形长度与角度，通过对应的运动姿态，可以求出对应的各级电机2a转速、气压推杆3a液压伸缩量和运动时间，从而得到要求的结果。

技术特征：

技术总结
一种含电机和气压的综合驱动的空天飞行器变形头锥装置，包括头锥外壳，头锥外壳为三级以上，自后向前头锥外壳直径递增，各头锥外壳之间通过连接机构进行连接，最后一级头锥外壳后端铰链有三星环；前两级以上的头锥外壳包括环状外壳，环状外壳的前端内部连接有伸缩机构和弯曲机构，本发明可以仿照蜜蜂腹部变形实现伸缩和变形运动，既能实现头锥的伸缩运动，又能实现弯曲运动，具有驱动形式简便，自锁性能较易实现、可单元化、机构形式简单，便于加工制造的优点。

技术研发人员：阎绍泽;果晓东;王志娜;陈灵灵;余良;韩穆峙;赵杰亮
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：2018.05.15