本发明涉及航空航天器材与设备技术领域,具体涉及一种基于剪叉联动骨架与滑动蒙皮的变形翼机构。
背景技术：
传统飞行器由于几何形状基本确定不变，其系统模型是基本固定的，在相同的大气环境中，只能做一些特定的飞行和完成一些专门的任务。随着军事和民用领域对飞行器的应用日趋复杂化，迫切需要一种能够有更大的飞行空域和速域，能够高低空、高低速兼顾，甚至从地面起飞、穿越大气层飞行，以执行各种侦察和打击等复杂任务的飞行器。传统的飞行器很难适应如此广泛的飞行环境参数变化，并始终保持优良的性能。可变形飞行器是一种全新概念的多用途、多形态飞行器，能够根据飞行环境、飞行剖面和作战任务等的需要进行自适应变形，使飞行航迹、飞行高度和飞行速度等机动多变、灵活自如，以发挥飞行器最优的飞行性能。可变形飞行器不仅可以应用到传统的民用飞机、小型无人机上，使其经济效益更加突出。战争中将其运用到导弹上，在激烈的敌我对抗和复杂的战争环境中可极大提高导弹的飞行性能，实现精确打击作战能力。
正是因为变形飞行器诱人的前景,美国国家航空航天局(nasa)、国防部高级研究计划局(darpa)、欧空局等研究机构都成立了专项小组,对其进行预研,并取得了许多研究成果。目前，已经设计研发出各类原理样机，并且变形飞行器主要体现在各类变形战斗机和巡航导弹的应用。美国生产的f-111，f-14战斗机以及b-1轰炸机等均具有变后掠能力，xb-70超声速轰炸机翼尖可向下弯曲，制造压缩升力。除美国外，俄罗斯也拥有一些变后掠飞机，包括米格-23战斗机、苏-24战斗轰炸机等。除此之外，英、德等国也投入了巨资开展了变形飞行器领域的研究。
目前，变形飞行器的变形主要体现在机翼的变形，例如翼的平面形状发生变化，包括改变机翼面积、改变机翼展长、改变后掠角等；还有改变机翼的弦长，改变翼型弯度、厚度、扭转角等。这种机翼的变形可以很好的改善飞行器的性能，大型无人机或导弹在跨声速飞行时，通过后掠角变化可以减小飞行阻力；无人机在侦察盘旋时以小后掠角、在发现潜在目标时增大后掠角实现快速打击。战斧巡航导弹采用变展长弹翼，可以较大的增加巡航航程。通过翼形的变化能够较好的改善中低速战斗机、导弹的气动性能以及机动性。
综上所述，现有变形翼存在变形功能单一，只能实现变后掠、变面积和变展长中的一种变形，且无法实现机翼刚性蒙皮折叠的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有变形翼存在变形功能单一，只能实现变后掠、变面积和变展长中的一种变形，且无法实现机翼刚性蒙皮折叠的问题，进而提供一种基于剪叉联动骨架与滑动蒙皮的变形翼机构。
本发明的技术方案是：
剪叉联动骨架包括支撑座、n个底座、n个支撑骨架和n组不同长度的剪铰单元，
n个底座包括第一底座、第二底座、第三底座、第四底座、……、第n底座，第一底座至第n底座由前至后顺次均布在支撑座上，
n个支撑骨架包括第一支撑骨架、第二支撑骨架、第三支撑骨架、第四支撑骨架、……、第n支撑骨架，第一支撑骨架至第n支撑骨架由外向内顺次和与之对应的第一底座至第n底座转动连接，n个支撑骨架之间平行布置，
n组剪铰单元包括第一剪铰单元、第二剪铰单元、第三剪铰单元、第四剪铰单元、……、第n剪铰单元，n组剪铰单元之间平行布置，第一剪铰单元至第n剪铰单元的长度由前至后依次递增，
第一剪铰单元包括两个v型剪铰组件，每个v型剪铰组件由两个杆件呈v字形铰接在一起构成；其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座或与之对应的第二底座铰接，两个v型剪铰组件的端部相互铰接构成平行四边形连杆结构，
第二剪铰单元包括两个v型剪铰组件和一个x型剪铰组件，x型剪铰组件由两个杆件呈x字形铰接在一起构成；其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座或与之对应的第三底座铰接，x型剪铰组件的铰接处与第二支撑骨架的对应部位铰接，x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，
第三剪铰单元包括两个v型剪铰组件和两个x型剪铰组件，其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座或与之对应的第四底座铰接，两个x型剪铰组件的铰接处分别与第二支撑骨架和第三支撑骨架的对应部位铰接，两个x型剪铰组件之间相铰接构成平行四边形连杆结构，两个x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，
第四剪铰单元包括两个v型剪铰组件和三个x型剪铰组件，其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座或与之对应的第五底座铰接，三个x型剪铰组件的铰接处分别与第二支撑骨架、第三支撑骨架和第四支撑骨架，三个x型剪铰组件依次铰接构成平行四边形连杆结构，位于端部的两个x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，
以此类推，第n剪铰单元包括两个v型剪铰组件和n-1个x型剪铰组件，其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座的端部铰接，n-1个x型剪铰组件的铰接处分别与第二支撑骨架、第三支撑骨架、第四支撑骨架、……、第n支撑骨架，n-1个x型剪铰组件依次铰接构成平行四边形连杆结构，位于端部的两个x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，n个支撑骨架之间通过n组不同长度的剪铰单元实现同步运动。
进一步地，剪叉联动骨架还包括n个第一铰链，n组剪铰单元分别通过n个第一铰链与支撑座或与之对应的底座铰接。
进一步地，剪叉联动骨架还包括多个第二铰链，剪铰单元中的每个x型剪铰组件均通过第二铰链和与之对应的支撑骨架铰接。
进一步地，剪叉联动骨架还包括n个第三铰链，n个支撑骨架分别通过n个第三铰链与n个底座铰接。
进一步地，剪叉联动骨架还包括n个第四铰链，n组剪铰单元分别通过n个第四铰链与第一支撑骨架铰接。
进一步地，滑动蒙皮由n个呈层状布置的蒙皮组成，n个蒙皮的长度由外至内顺次递减，相邻两个蒙皮之间滑动连接，n个蒙皮包括第一蒙皮、第二蒙皮、第三蒙皮、第四蒙皮、……、第n蒙皮，第一蒙皮至第n蒙皮分别与与之对应的第一支撑骨架至第n支撑骨架固接。
进一步地，n个蒙皮均为刚性蒙皮，相邻两个蒙皮之间的间隙为0.5mm。
进一步地，驱动装置包括电动推杆和两个电机安装板，电动推杆底座通过一个电机安装板与机翼本体结构铰接，电动推杆末端通过另一个电机安装板与第三支撑骨架铰接。
进一步地，所述变形翼机构的自由度为1。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明可以在改变后掠角的同时实现变展长、变面积的机翼骨架，本发明的变形翼机构由内侧的可变形剪叉联动骨架和外侧的滑动蒙皮构成，当剪叉联动骨架进行变形时，铆接在剪叉联动骨架上的刚性蒙皮随之运动，实现变形翼机构整体的伸展及收拢。通过此机构的动作能够实现机翼展长、面积以及后掠角的变化。所述变形翼机构可以用于飞行器机翼部分的变形。以弦长为15m,收拢状态下展长为3m的变形翼为例，当后掠角为30度时，其折展比可达到69.3％。
2、本发明结构简单，剪叉联动骨架只含有转动副和杆件，生产安装比较方便，适用于大规模生产制造，制造成本较低。
3、本发明通过控制电动推杆进行直线运动，可将直线运动转化为与推杆末端铰接的支撑骨架的回转运动，由于剪铰单元与支撑骨架连接，因此剪铰单元也随着支撑骨架的回转而做伸缩运动，由于所有的支撑骨架以及剪铰单元均通过回转副连接至一起，因此通过控制电动推杆的运动，即可达到控制整个结构的伸缩运动。
附图说明
图1是本发明的变形翼机构的结构示意图；
图2是剪叉联动骨架的结构示意图；
图3是剪叉联动骨架完全展开状态示意图；
图4是剪叉联动骨架完全收拢状态示意图；
图5是滑动蒙皮的结构示意图；
图6是图5在i处的局部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于剪叉联动骨架与滑动蒙皮的变形翼机构，它包括剪叉联动骨架1、驱动装置和安装在剪叉联动骨架1外部的滑动蒙皮3，滑动蒙皮3固定安装在剪叉联动骨架1上，剪叉联动骨架1带动滑动蒙皮3实现逐层收拢或展开，驱动装置驱动剪叉联动骨架1实现整个变形翼机构的收拢与展开。
具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的剪叉联动骨架1包括支撑座17、n个底座、n个支撑骨架和n组不同长度的剪铰单元(n的数目可根据翼展面积要求进行选择，采用模块化设计，机翼面积越大n越大)，
n个底座包括第一底座13、第二底座14、第三底座15、第四底座16、……、第n底座，第一底座13至第n底座由前至后顺次均布在支撑座17上，
n个支撑骨架包括第一支撑骨架11、第二支撑骨架10、第三支撑骨架9、第四支撑骨架8、……、第n支撑骨架，第一支撑骨架11至第n支撑骨架由外向内顺次和与之对应的第一底座13至第n底座转动连接，n个支撑骨架之间平行布置，
n组剪铰单元包括第一剪铰单元21、第二剪铰单元20、第三剪铰单元19、第四剪铰单元18、……、第n剪铰单元，n组剪铰单元之间平行布置，第一剪铰单元21至第n剪铰单元的长度由前至后依次递增，
第一剪铰单元21包括两个v型剪铰组件，每个v型剪铰组件由两个杆件呈v字形铰接在一起构成；其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架11的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座17或与之对应的第二底座14铰接，两个v型剪铰组件的端部相互铰接构成平行四边形连杆结构，
第二剪铰单元20包括两个v型剪铰组件和一个x型剪铰组件，x型剪铰组件由两个杆件呈x字形铰接在一起构成；其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架11的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座17或与之对应的第三底座15铰接，x型剪铰组件的铰接处与第二支撑骨架10的对应部位铰接，x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，
第三剪铰单元19包括两个v型剪铰组件和两个x型剪铰组件，其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架11的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座17或与之对应的第四底座16铰接，两个x型剪铰组件的铰接处分别与第二支撑骨架10和第三支撑骨架9的对应部位铰接，两个x型剪铰组件之间相铰接构成平行四边形连杆结构，两个x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，
第四剪铰单元18包括两个v型剪铰组件和三个x型剪铰组件，其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架11的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座17或与之对应的第五底座铰接，三个x型剪铰组件的铰接处分别与第二支撑骨架10、第三支撑骨架9和第四支撑骨架8，三个x型剪铰组件依次铰接构成平行四边形连杆结构，位于端部的两个x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，
以此类推，第n剪铰单元包括两个v型剪铰组件和n-1个x型剪铰组件，其中一个v型剪铰组件的铰接处与第一支撑骨架11的对应部位铰接，另一个v型剪铰组件的铰接处与支撑座17的端部铰接，n-1个x型剪铰组件的铰接处分别与第二支撑骨架10、第三支撑骨架9、第四支撑骨架8、……、第n支撑骨架，n-1个x型剪铰组件依次铰接构成平行四边形连杆结构，位于端部的两个x型剪铰组件的端部分别与两个v型剪铰组件的端部铰接构成平行四边形连杆结构，n个支撑骨架之间通过n组不同长度的剪铰单元实现同步运动。如此设置，所述变形翼机构采用的联动机构为剪叉机构，具有结构紧凑、制造及维护方便、承载量大以及刚性好的优点，在展开与收拢过程中实现各支撑骨架之间的同步运动，最后实现整个机翼的形状变化。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的剪叉联动骨架1还包括n个第一铰链4，n组剪铰单元分别通过n个第一铰链4与支撑座17或与之对应的底座铰接。如此设置，能够实现剪叉联动骨架1的协调变形。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的剪叉联动骨架1还包括多个第二铰链5，剪铰单元中的每个x型剪铰组件均通过第二铰链5和与之对应的支撑骨架铰接。如此设置，能够实现剪叉联动骨架1的协调变形。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的剪叉联动骨架1还包括n个第三铰链7，n个支撑骨架分别通过n个第三铰链7与n个底座铰接。如此设置，能够实现剪叉联动骨架1的协调变形。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的剪叉联动骨架1还包括n个第四铰链12，n组剪铰单元分别通过n个第四铰链12与第一支撑骨架11铰接。如此设置，能够实现剪叉联动骨架1的协调变形。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的滑动蒙皮3由n个呈层状布置的蒙皮组成，n个蒙皮的长度由外至内顺次递减，相邻两个蒙皮之间滑动连接，n个蒙皮包括第一蒙皮25、第二蒙皮24、第三蒙皮23、第四蒙皮22、……、第n蒙皮，第一蒙皮25至第n蒙皮分别与与之对应的第一支撑骨架11至第n支撑骨架固接。如此设置，滑动蒙皮3的n片蒙皮呈层状布置，外侧蒙皮尾部长度大于蒙皮尾部长度，滑动蒙皮3整体呈现鸟翅膀羽毛状分布；每层蒙皮之间留有一定的间隙便于滑动，在剪叉联动骨架收拢时，滑动蒙皮3随剪叉联动骨架逐层收拢在一起，收纳率高，体积小。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的n个蒙皮均为刚性蒙皮，相邻两个蒙皮之间的间隙为0.5mm。每个蒙皮采用轻质铝进行制造。如此设置，相邻蒙皮之间存在0.5mm间隙，以保证蒙皮之间的正常滑动，实现逐层收拢或展开，刚性蒙皮保证滑动蒙皮3具有较好的刚性，工作稳定可靠。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的驱动装置包括电动推杆2和两个电机安装板6，电动推杆底座通过一个电机安装板6与机翼本体结构铰接，电动推杆末端通过另一个电机安装板6与第三支撑骨架9铰接。如此设置，驱动装置为电动推杆，可在展开的任意位置实现锁定，变形翼机构展开后不需要锁定装置，实施方式简单、工作稳定可靠。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述变形翼机构的自由度为1。如此设置，所述变形翼机构只需使用一个电动推杆2带动变形翼机构完成展开以及收拢运动，展开过程稳定，便于控制。其它组成和连接关系与具体实施方式的一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
工作原理
结合图1至图6说明本发明的工作原理：
假定初始状态时变形翼机构呈收拢状态(如图4所示)，此时电动推杆2动作，推杆伸出带动第三支撑骨架9绕其端部第三铰链7顺时针进行转动，此时第三支撑骨架9与支撑座17间的距离增加，使得安装在其间的第四剪铰单元18、第三剪铰单元19、第二剪铰单元20和第一剪铰单元21产生被动变形，整体伸长，分别带动第四支撑骨架8、第二支撑骨架10、第一支撑骨架11与第三支撑骨架9同步的回转运动，直至达到完全伸展状态(如图3所示)，四个剪铰单元的展开运动保持同步，也保证了展开过程中四根支撑骨架始终保持平行。当需要收回变形翼时，电动推杆2收缩带动第三支撑骨架9绕其端部第三铰链7逆时针转动，与展开过程相反，最终收回到收拢状态。当剪叉联动骨架进行变形时，固定在支撑骨架上的滑动蒙皮随之运动，实现变形翼机构整体的伸展及收拢。