一种可变夹角的飞行器机翼结构及无人飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及无人飞行器技术领域，具体涉及一种可变夹角的飞行器机翼结构及无人飞行器。


背景技术：

2.目前国内外大多数无人飞行器外形都是固定不变的，飞行器的留空时长完全依靠动力系统储能能力(电池容量、发动机油箱/药柱容量等)决定；但因受限于储能能力，飞行器的既定留空时长有限。目前为止，如何有效分配有限动力系统能量，充分利用有限的动力资源；如何设计最为合适的飞行器气动外形，节省动力资源，增加飞行器留空时长；如何在飞行器最小收纳截面下实现最优气动外形等仍是一个个难题。
3.无人飞行器留空时长是该类飞行器非常重要的指标，在无人飞行器的使用中，留空时长的增加不仅可以增加航程，更重要的是可以增加飞行器巡航范围，增加发现隐藏目标或更高附加值目标的发现几率。但是由于飞行器发射技术存在居多不足之处，比如：发射装置小型化、紧凑化集成要求；飞行器两相邻机翼夹角固定无法调节；解锁装置为爆炸螺栓火工品，其属于危险品，在设计、试验和存储上有一定安全限制等等问题就需要解决。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种可变夹角的飞行器机翼结构，解决了以上所述的如何在飞行器最小收纳截面下实现最优气动外形的技术问题。
5.本实用新型为解决上述技术问题提供了一种可变夹角的飞行器机翼结构，包括翼固定组件、翼活动组件、机翼舱壳体及四个机翼，所述翼固定组件与所述机翼舱壳体固定连接；
6.所述翼固定组件上固设有驱动扭簧，所述翼活动组件与所述驱动扭簧固定连接，所述翼固定组件的两端分别与两个相间的机翼连接，所述翼活动组件的两端分别与另外两个相间的机翼连接。
7.优选地，所述翼固定组件上可旋转设有芯轴，所述翼活动组件与所述芯轴之间通过支撑轴承连接。
8.优选地，所述翼固定组件的两端分别固设有复合扭簧，两个相间的机翼分别对应与各所述复合扭簧固定连接。
9.优选地，所述翼固定组件的两端分别设有孔洞及锁翼插销组，所述锁翼插销组插入所述孔洞内，且所述锁翼插销组与所述孔洞之间通过弹簧连接；
10.所述机翼的翼轴绕着所述复合扭簧旋转展开到预定角度时，所述锁翼插销组压入所述翼轴上的定位孔内。
11.优选地，所述机翼舱壳体上固定设有解锁机构组件，所述解锁机构组件包括解锁杠杆及锁定支座，所述解锁杠杆上带凹槽的一端勾住锁定支座，且所述锁定支座固定安装在翼活动组件上。
12.优选地，所述解锁机构组件包括杠杆转轴及锁定弹销，所述杠杆转轴与所述锁定支座固定连接，所述解锁杠杆与所述杠杆转轴之间通过锁定弹销连接。
13.优选地，所述解锁机构组件包括支撑座、解锁电机及电机支撑板，支撑座固定安装在机翼舱壳体上，电机支撑板及解锁杠杆均与支撑座连接，解锁杠杆在支撑座上作跷跷板运动；
14.所述解锁电机安装在与支撑座固定的电机支撑板上，所述解锁电机上的输出轴凸轮臂可转动，压动解锁杠杆转动，实现对翼活动组件的解锁。
15.优选地，所述解锁电机安装在与支撑座固定的电机支撑板上，所述解锁电机上的输出轴凸轮臂可转动，压动解锁杠杆转动，实现对翼活动组件的解锁。
16.本实用新型还提供了一种无人飞行器，包括本体结构，还包括可变夹角的飞行器机翼结构，所述飞行器机翼结构的所述机翼舱壳体套接于所述本体结构外。
17.有益效果：本实用新型提供了一种可变夹角的飞行器机翼结构及无人飞行器，包括翼固定组件、翼活动组件、机翼舱壳体及四个机翼，所述翼固定组件与所述机翼舱壳体固定连接；所述翼固定组件上固设有驱动扭簧，所述翼活动组件与所述驱动扭簧固定连接，所述翼固定组件的两端分别与两个相间的机翼连接，所述翼活动组件的两端分别与另外两个相间的机翼连接。该方案在不改变飞行器原动力系统的前提下，通过自主控制改变飞行器机翼的布局夹角，从而改变飞行器气动外形，达到提升气动特性，节省动力资源，增加留空飞行时间的目的。该结构尤其适用于机翼x型布局的低速无人飞行器。此外，飞行器机翼采用折叠+发射后变外形方式，可有效减小飞行器在发射筒内收纳时的外形尺寸，更便于收纳及运输。
18.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1为本实用新型可变夹角的飞行器机翼结构的机翼打开示意图；
21.图2为图1的侧视图；
22.图3为本实用新型可变夹角的飞行器机翼结构的机翼折叠示意图；
23.图4为图3的侧视图；
24.图5为本实用新型提供的机翼舱初始姿态示意图；
25.图6为本实用新型提供的机翼舱变翼角后新姿态示意图；
26.图7为本实用新型提供的翼固定组件示意图；
27.图8为图7的另一视角图；
28.图9为翼活动组件示意图；
29.图10为图9的另一视角图；
30.图11为本实用新型提供的固定支座架未锁定状态图；
31.图12为本实用新型提供的固定支架座锁定状态图；
32.图13为本实用新型提供的解锁机构组件三视图。
33.图中：1-机翼舱壳体；2-翼活动组件；3-芯轴；4-翼固定组件；5-解锁机构组件；6-驱动扭簧；7-支撑轴承；8-机翼；9-杠杆转轴；10-复合扭簧；11-翼轴；12-电机支撑板；13-锁翼插销组；14-锁定支座；15-解锁杠杆；16-解锁电机；17-支撑座；18-锁定弹销。
具体实施方式
34.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
35.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.如图1至图13所示，本实用新型提供了一种可变夹角的飞行器机翼结构，包括翼固定组件4、翼活动组件2、机翼舱壳体1及四个机翼8，所述翼固定组件4与所述机翼舱壳体1固定连接；
38.所述翼固定组件4上固设有驱动扭簧6，所述翼活动组件2与所述驱动扭簧6固定连接，所述翼固定组件4的两端分别与两个相间的机翼8连接，所述翼活动组件2的两端分别与另外两个相间的机翼8连接。
39.该方案在不改变飞行器原动力系统的前提下，通过自主控制改变飞行器机翼的布局夹角，从而改变飞行器气动外形，达到提升气动特性，节省动力资源，增加留空飞行时间的目的。该结构尤其适用于机翼x型布局的低速无人飞行器。
40.此外，飞行器机翼采用折叠收纳+飞行变外形方式，即，在不飞行收纳时，可以将机翼8旋转折叠，减小收纳空间，方便收纳和携带；在飞行时改变外形，将机翼8旋转打开，保持飞行姿态。这样可有效减小飞行器在发射筒内收纳时的外形尺寸，更便于收纳及运输。
41.飞行器机舱段主要包括：机翼舱壳体1、翼活动组件2、芯轴3、翼固定组件4、解锁机构组件5，驱动扭簧6，支撑轴承7。在飞行器翼舱内以一定次序将标号1～7的零件通过定位销、螺钉组装起来，形成一个整体舱段。
42.其中翼固定组件4通过定位销及螺钉固定在机翼舱壳体1上，与机翼舱形成一体。翼活动组件2通过芯轴3、驱动扭簧6、支撑轴承7安装在翼固定组件4上，并可在驱动扭簧6作用下转动一定角度。翼固定组件4的两端分别与两个相间的机翼8连接；所述翼活动组件2的
两端分别与另外两个相间的机翼8连接。
43.翼固定组件4上可旋转设有芯轴3，所述翼活动组件4与所述芯轴3之间通过支撑轴承7连接。绕着芯轴3旋转翼固定组件4可以压缩驱动弹簧6，松开便可以在驱动弹簧6的作用下使得翼固定组件4带着两个机翼8一起绕着芯轴3反方向旋转。如此便可以使得两个机翼8形成收纳或展开飞行模式。
44.其中，解锁机构组件5固定在机翼舱壳体1上，解锁杠杆15带凹槽的一端勾住锁定支座14，锁定支座14安装在翼活动组件2上。通过控制解锁电机16工作，解锁电机16的输出轴上的凸轮臂随着转动，压下解锁杠杆15的一端，解锁杠杆15沿着杠杆转轴9转动，同时解锁杠杆15的另一端翘起，安装在翼活动组件2上的锁定支座14脱离解锁杠杆15的凹槽。在驱动扭簧6作用下翼活动组件2解锁，并转动到预定角度后再次被安装在翼活动组件2上的锁定弹销18锁定。然后控制横滚的翼开始工作，控制整个飞行器进行横向滚动调整到新的飞行姿态下飞行，完成变外形动作，以节省动力资源的姿态继续飞行，如图5及图6所示的变外形前后对比。在变形前，任意相邻两个机翼8之间的夹角为90
°
；控制变形后，翼活动组件2上的两个机翼8发生运动，而翼固定组件4上的两个机翼8不运动，这样使得相邻两个机翼8之间的角度发生了变化，如图6所示，机翼8之间的夹角为α和(360-2α)/α。
45.如图3和图13所示，解锁机构组件5由解锁杠杆15、解锁电机16、支撑座17、锁定弹销18、杠杆转轴9、电机支撑板12以一定装配关系组成。支撑座17通过定位销及螺钉安装在机翼舱壳体上，电机支撑板12及解锁杠杆15均与支撑座17连接；解锁杠杆15一端设计成带有凹槽的卡位，可在锁定时候更可靠的卡入锁定支座14；同时支撑座17的中间部位设计有轴孔，杠杆转轴9插入所述轴孔内并用于支撑座17连接，解锁杠杆15与所述杠杆转轴9之间通过弹簧18连接，所述解锁杠杆15在支撑座上形成跷跷板结构。
46.解锁电机16安装在与支撑座17固定的电机支撑板12上，其上的输出轴凸轮臂可转动，压动解锁杠杆转动，实现对翼活动组件2的解锁。
47.如图7和图8所示为翼固定组件4示意图，此翼固定组件4上的两片机翼8在飞行器发射装置内部时是被折叠起来的，其在复合扭簧10作用下具备一定展开预紧力，飞行器发射时复合扭簧10预紧力被释放，机翼8在复合扭簧10的作用下沿自动展开。当展开到一定角度时锁翼插销组13工作锁入翼轴11对应的定位孔内，此时机翼8被锁定无法转动，即机翼8展开到位。翼固定组件4通过定位销及螺钉安装固定在机翼舱壳体1上，与机翼舱壳体1形成一个整体。
48.如图11和图12所示，翼固定组件4的两端分别设有孔洞及锁翼插销组13，所述锁翼插销组13插入所述孔洞内，且所述锁翼插销组13与所述孔洞之间通过弹簧连接；所述机翼8的翼轴11绕着所述复合扭簧10旋转展开到预定角度时，所述锁翼插销组13压入所述翼轴11上的定位孔内形成固定；当飞行器降落后，通过人工向上拉起锁翼插销组13以离开定位孔，此时便可以旋转翼固定组件4连同两个机翼8旋转收纳。
49.如图9和图10所示为翼活动组件2，此组件上的两片机翼8在飞行器发射装置内部时是被折叠起来的，其在复合扭簧10作用下具备一定展开预紧力，当飞行器被发射时，复合扭簧10的预紧力被释放，机翼8在复合扭簧10的作用力下沿一定方向自动展开，当展开到一定角度时锁翼插销组13工作锁入翼轴11对应的定位孔内，此时机翼8被锁定无法转动，即机翼8展开到位。翼活动组件2可沿着轴线自由转动一定角度，其上安装有锁定支座14，锁定支
座14通过解锁机构5的约束，实现对翼活动组件2的锁定。
50.如图8到图13所示，翼活动组件2实现锁定和解锁的具体工作原理如下：
51.解锁原理：解锁电机16收到解锁信号后工作，带动解锁杠杆15转动，其上卡口端抬起，脱离锁定支座14，翼活动组件2在驱动扭簧6的作用下转动，实现解锁。
52.其中，解锁电机16输出轴上安装有凸轮臂，凸轮臂与解锁杠杆15接触。当解锁电机16转动时，带动凸轮臂转动，从而带动解锁杠杆15转动。
53.锁定原理：手动转动翼活动组件2，使其往锁定方向转动，直到锁定支座14卡入解锁杠杆15，即完成翼活动组件2的锁定。
54.本实用新型实施例还提供了一种无人飞行器，包括本体结构，还包括如前所述的可变夹角的飞行器机翼结构，所述飞行器机翼结构的所述机翼舱壳体套接于所述本体结构外。本体结构与机翼舱壳体之间通过螺栓固定连接，本体结构内设有控制板等电路结构。
55.有益效果：
56.1.飞行器机翼采用折叠+发射后变外形方式，可有效减小飞行器在发射筒内收纳时的外形尺寸，更便于收纳及运输；
57.2.飞行器折叠收纳时横截面可有效缩小，更加便于发射系统的多联装集成；
58.3.采用本技术后可实现机翼夹角的自主控制，可根据任务需求，随时在空中改变外形，加节省动力资源，增加留空续航时长；
59.4.结构简单，适用性广，通用性好，对机翼实现分组模块化设计，所有机翼布局类似的低速小型飞行器均可使用。
60.5.操作简单、方便，灵活性可靠性高。
61.6.安全性好，寿命长。本发明均为结构件，无火工品，且有防暴力操作限位设计。安全性好，维护方便,使用寿命长。
62.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。