一种机械式舵面折叠展开机构、使用方法及飞行装置与流程

本发明涉及抗高过载舵机技术领域，尤其涉及一种机械式舵面折叠展开机构、使用方法及飞行装置。

背景技术：

为适应现代化战争的需要，提高战争的费效比，国内外大力开展常规弹药转型升级，以提升弹药的射程及精度。舵机作为精确制导弹药的执行机构，为了充分发挥炮弹的飞行能力，应尽可能减小控制器炮弹飞行姿态的舵机结构质量。弹上舵机安装空间有限，要求舵机利用其炮弹直径作为舵机舱体实现四舵一体化集成。由于炮弹是一次性使用产品，使用量大，且机构一旦发生故障无法自行排出，要求舵机具有低成本及高可靠性。炮弹根据具体需求存储环境恶劣，整个炮弹与外界环境密封性差，因此要求舵机在恶劣环境下具备长期的存储性。由于炮管直径契合炮弹直径，发射前舵面需锁定在弹体内部，出炮筒后迅速开舵，实现对炮弹飞行姿态的控制，因此要求舵机舵面具有折叠展开功能。

现行国内生产的舵面折叠展开机构实现舵面锁定及展开的方式大都采用火工品进行，组成部件体积大、结构复杂、价格昂贵，且火工品对存储环境要求较高，容易失效，加大了舵机集成化、小型化、轻质化的设计难度及制造成本；且火工品根据机电控制时序指令进行舵面解锁及展开，无法满足其他型号炮弹要求在出炮口瞬时开舵的功能需求。因此，根据新型炮射舵机的解锁及开舵要求，设计一种契合其发射力学环境的舵面折叠展开机构，是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机械式舵面折叠展开机构、使用方法及飞行装置，用于解决现行国内舵面折叠展开机构组成部件体积大、结构复杂、价格昂贵，无法契合舵机发射力学环境的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机械式舵面折叠展开机构，包括：壳体、第一回复弹簧、连杆、导杆以及等数量的舵轴、舵面和弹性回复组件；

所述舵轴、所述舵面以及所述弹性回复组件均为多个，且一一对应，所述舵轴均匀安装在所述壳体的周侧，所述舵面铰接在对应所述舵轴远离所述壳体的一端，所述舵轴中部设置有空腔，所述弹性回复组件安装在所述空腔内；

所述导杆竖直安装在所述壳体上，所述连杆滑动式安装在所述导杆上，所述连杆的起始端通过剪切销与所述壳体固定连接，所述第一回复弹簧安装在所述连杆上，与所述壳体相抵且处于压缩状态，所述连杆的末端设置有限位柱，所述舵面的尾端设置有定位槽，所述连杆与所述壳体以及所述舵面间均预设有用于所述连杆过载时朝向所述壳体运动的活动间隙；

所述舵面非展开时，所述弹性回复组件与所述舵面相抵且处于压缩状态，所述限位柱插装在所述定位槽内；所述连杆过载剪断所述剪切销，所述限位柱与所述定位槽分离，所述舵面在所述弹性回复组件作用下展开。

与现有技术相比，本发明提供的机械式舵面折叠展开机构中，舵面通过支撑销铰接在舵轴上，能够以支撑销为轴转动，相互靠近或分离，处于压缩状态的弹性回复组件能够为舵面的展开提供回复力，导杆的设置，使得连杆能够沿导杆运动而不会脱离壳体，连杆与壳体间采用剪切销固定，连杆过载时能够切断剪切销，并进一步压缩第一回复弹簧，在过载消失后，连杆会在第一回复弹簧作用下远离壳体，进而与舵面分离，解锁后的舵面会在弹性恢复装置作用下展开。上述机械式舵面折叠展开机构采用小型化、集成化结构设计技术，集四舵锁定功能于一体，采用简便的机构进行设计，结构紧凑，占用空间小，对舵机的空间利用率高，展开机构充分利用了炮弹发射过程产生的过载力进行机构的解锁，解锁功能可靠，满足了炮口实现舵机开舵的功能需求，解决了电气指令进行舵面解锁的时序弊端，具有很高的实用性。

本发明还提供一种机械式舵面折叠展开机构的使用方法，包括以下步骤：

锁合时：旋转舵面至锁止位置，所述舵面对弹性回复装置进行压缩，推动连杆向壳体方向运动，直至所述连杆末端设置的限位柱插装在对应所述舵面尾端的定位槽内，使用剪切销将所述连杆的起始端固定在所述壳体；

解锁时：所述连杆过载朝向所述壳体运动，所述连杆压缩第一回复弹簧，所述连杆剪切所述剪切销，过载消失后，所述连杆在所述第一回复弹簧作用下向远离所述壳体方向运动，与所述舵面分离，所述舵面在所述弹性回复装置作用下展开

本发明还公开了一种飞行装置，包括舵机和机械式舵面折叠展开机构；

机械式舵面折叠展开机构安装在舵机的壳体上，舵机安装在飞行装置上，机械式舵面折叠展开机构在飞行装置发射后展开。

与现有技术相比，本发明提供的使用方法的有益效果与上述技术方案所述机械式舵面折叠展开机构的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的机械式舵面折叠展开机构锁合状态的示意图；

图2为图1中机械式舵面折叠展开机构展开状态的示意图。

附图标记：

1-舵轴、2-壳体、3-第二回复弹簧、4-开锁销、5-支撑销、6-舵面、7-锁紧螺母、8-剪切销、9-底板、10-第一回复弹簧、11-连杆、12-导杆。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

常见的电动舵机舵面折叠展开机构采用火工品方式进行舵面的锁定及开舵，整体机构较为复杂，占用舵舱体积大，不利于长期存储，且装配好后不能进行试验检测，因此大大增加了舵机轻质微型化设计难度及制造成本。同时火工品需采用机电控制时序指令进行舵面解锁展开，无法满足其它型号炮弹要求在出炮口瞬时开舵的功能需求。

常见的舵面折叠展开机构主要有以下缺点：

1)常见的舵面折叠展开机构复杂、零件总类多，难于制造和集成化，只能应用于结构空间、重量、可靠性要求不高的舵机上，成本较高；

2)舵面锁定展开需要机械电气相结合，开舵具有一定的时序性，无法实现炮口瞬时开舵的需求；

3)采用火工品进行舵面锁定及展开，火工品长期存储可靠性不高，容易泄漏，检测维修困难。

机械式舵面折叠展开机构结构紧凑，实现舵面锁定展开原理简单可靠。该机构充分利用舵机在发射时产生巨大过载加速的特点进行结构的设计，突破了舵机需出膛即解锁的技术瓶颈，解决了舵机在非火工品作用下实现舵面锁定和展开的设计技术难题。该机构整体结构简单，涉及零件少，生产成本较低，同时采用纯机械式结构可长时间无需保养维护，减少火工品存储泄气及装配风险，可靠性高。对促进电动舵机小型化、组合化、结构减重设计及低成本有积极意义。

机械式舵面折叠展开机构比较成功地解决了上述问题，通过同一锁定机构实现舵机四个舵面的折叠锁定，整个机构结构紧凑，涉及零件少，占用舵机空间小，提高了机构的经济性。通过炮弹发射时产生的过载力实现舵面的解锁，不需要增加其他机构，通过开舵弹簧实现舵面的展开，机构能够满足炮弹要求舵面炮口解锁的功能需求，整个机构均是机械机构件，可通过对零件进行表面处理实现机构的长期贮存要求。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供的机械式舵面折叠展开机构，包括：壳体2、第一回复弹簧10、连杆11、导杆12以及等数量的舵轴1、舵面6和弹性回复组件；舵轴1、舵面6以及弹性回复组件均为多个，且一一对应，舵轴1均匀安装在壳体2的周侧，舵面6铰接在对应舵轴1远离壳体2的一端，舵轴1中部设置有空腔，弹性回复组件安装在空腔内；导杆12竖直安装在壳体2上，连杆11滑动式安装在导杆12上，连杆11的起始端通过剪切销与壳体2固定连接，第一回复弹簧3安装在连杆11上，与壳体2相抵且处于压缩状态，连杆11的末端设置有限位柱，舵面6的尾端设置有定位槽，连杆11与壳体2以及舵面6间均预设有用于连杆11过载时朝向壳体2运动的活动间隙；舵面6非展开时，弹性回复组件与舵面6相抵且处于压缩状态，限位柱插装在定位槽内；连杆11过载剪断剪切销，限位柱与定位槽分离，舵面6在弹性回复组件作用下展开。

具体实施时：

舵轴1与舵面6通过支撑销5铰接；第二回复弹簧3、开锁销4安装于舵轴1的空腔内；底板9与连杆11通过剪切销8进行固连；锁紧螺母7通过剪切销11尾端螺纹对其进行固定；第一回复弹簧10压缩安装在连杆11的安装槽内；底板9通过螺钉固定在壳体2上，导杆12穿过连杆11上的通孔通过自身尾端螺纹拧紧安装在壳体2上，同时限定连杆11除轴向外其他方向的自由度。连杆11通过嵌入舵面6尾端的定位槽对其进行固定。进一步的，舵面6、舵轴1为4个，4个舵轴1在壳体2的周侧均匀分布。舵轴1和舵面6也可以是其他锁合和展开时结构稳定的其他数量，例如3等。舵面6一般为平面结构，其形状可以根据飞行的实际要求进行设置。连杆11的纵截面为t形结构，可以包括竖直杆以及设置在竖直杆顶部的固定平面。以舵面6为四个为例，固定平面可以为圆形或正方形，在固定平面的周侧均匀设置与舵面6等数量的限位柱，限位柱垂直固定平面设置。为了避免限位柱、舵面6与固定平面间产生干涉，影响舵面6的展开，可以在固定平面的周侧设置与舵面6等数量的延长部，限位柱垂直设置在对应延长部上。为了方便对第一回复弹簧3的安装固定，在竖直杆与固定平面接触的位置可以设置固定槽，第一回复弹簧3的一端安装在固定槽内。导杆12的数量优选与舵面6的数量相同，导杆12由上至下穿过连杆11后通过尾部螺纹安装在壳体2上，能够有效的保证剪切销8断开后，连杆11在第一回复弹簧3作用下沿导杆12向上移动时的稳定性。

舵面初始状态为折叠锁定，设计舵面6可绕支撑销5旋转，通过舵轴1槽口及连杆11限制舵面6在其他方向上的自由度，同时，通过推动开锁销4压缩第二回复弹簧3在舵轴1的安装孔内移动。连杆11通过剪切销固定在底板9上，并在轴向上压缩第一回复弹簧10。进一步通过将底板9固定在壳体2上实现连杆11的固定，连杆11通过限位柱嵌入舵面6尾端定位槽对舵面6进行有效锁定。

舵面6的解锁及展开：舵机在发射时受到轴向向下的过载加速度，连杆11在过载力作用下剪切锁定其运动的剪切销8，剪切销8断裂后，连杆11继续向下运动，直至壳体2对其进行限位。当舵机过载消失后，连杆11在第一回复弹簧10储存的弹性势能作用下，沿导杆12向上运动，当连杆11的限位柱脱离舵面6尾端的定位槽后，舵面6实现解锁，同时第一回复弹簧10继续推动连杆11向上运动，直至导杆12顶端对其进行限位。舵面6解锁后，在铐锁弹簧3储存的弹性势能作用下，推动开缩销4向前运动，形成一个转矩推动舵面6以支撑销5为轴转动，舵面6顺针旋转展开，当舵面6展开到位时，舵轴1限制舵面6继续顺时针转动，开锁销4与舵面6上的限位凸台相抵，由限位凸台对开锁销4进行限位，从而实现舵面6的展开锁定。如图2所示。

与现有技术相比，本发明提供的机械式舵面折叠展开机构中，舵面通过支撑销铰接在舵轴上，能够以支撑销为轴转动，相互靠近或分离，处于压缩状态的弹性回复组件能够为舵面的展开提供回复力，导杆的设置，使得连杆能够沿导杆运动而不会脱离壳体，连杆与壳体间采用剪切销固定，连杆过载时能够切断剪切销，并进一步压缩第一回复弹簧，在过载消失后，连杆会在第一回复弹簧作用下远离壳体，进而与舵面分离，解锁后的舵面会在弹性恢复装置作用下展开。上述机械式舵面折叠展开机构采用集成化结构设计，结构紧凑，占用空间小，对舵机的空间利用率高，展开机构充分利用了炮弹发射过程产生的过载力进行机构的解锁，解锁功能可靠，满足了炮口实现舵机开舵的功能需求，解决了电气指令进行舵面解锁的时序弊端，具有很高的实用性。

本发明还具有以下效果：

a)采用小型化、集成化结构设计技术，集四舵锁定功能于一体，采用简便的机构进行设计，结构紧凑，占用空间小，对舵机的空间利用率高；

b)该机构充分利用炮弹发射过程产生的过载力进行机构的解锁，解锁功能可靠，同时能够满足炮口实现舵机开舵的功能需求，避免了需要电气指令进行舵面解锁的时序弊端；

c)该机构锁定及展开舵面原理简单，结构紧凑，零件数少，机构可靠，具有抗高过载能力，满足制导炮弹对机构结构强度的要求，同时制造成本较低，经济性较好，促进了舵机的低成本和集成化设计；

d)机构采用存机械结构实现舵面的锁定及展开，同时可进行多次试验及拆装，不影响其性能，不需要特殊维护，能够实现在各种恶劣环境下长期贮存。

作为一种可实施方式，弹性回复组件包括第二回复弹簧3和开锁销4；第二回复弹簧3安装在舵轴1中部的空腔内，开锁销4安装在第二回复弹簧3远离壳体2的一端，开锁销4收纳在舵轴1内并与舵面6相抵。

第二回复弹簧3在舵面6锁合时是处于压缩状态的，能够为舵面6的展开提供弹性回复力，开锁销4的设置，代替第二回复弹簧3与舵面6相接触，保证了开锁销4与舵面6的接触效果。进一步的，第二回复弹簧3远离舵面6的一端可以选择为卡装在舵轴1内，避免舵面6展开后第二回复弹簧3和开锁销4从舵轴1内脱出情况的发生。

作为一种可实施方式，舵面6上设置有限位凸台，舵面6非展开时，开锁销4与限位凸台正面相抵，舵面6展开后，开锁销4与限位凸台侧面相抵。

限位凸台的设置，在舵面非展开时，确保了开锁销与舵面的接触效果，在展开时，与开锁销相抵，可以避免第二回复弹簧和开锁销从舵轴内脱出，还可以继续支撑舵面，避免舵面的晃动。

作为一种可实施方式，舵轴1远离壳体2的一端设置有安装台，舵面6铰接在安装台上，舵面6展开后呈水平状态。进一步的，舵面6上远离限位凸台的一侧设置有固定块，舵面6展开后，固定块与安装台相抵。

安装台的设置，方便了对舵面的安装固定，舵面上固定块的设置，使得舵面在展开后，固定块是与安装台相抵的，避免舵面的继续转动，配合第二回复弹簧和开锁销，避免舵面的晃动。

作为一种可实施方式，壳体2还包括底板9；底板9固定安装在壳体2上，底板9的中部设置有通孔，连杆11的起始端插装在通孔内，并通过剪切销8固定，非固定时，连杆11可沿通孔开孔方向运动。

底板通过螺钉安装在壳体上，底板的中部设置有上下贯穿的通孔，连杆的起始端插装在通孔内，并通过剪切销固定，剪切销通过锁紧螺母进行固定，保证了剪切销对连杆的固定效果。在连杆过载时向壳体方向运动，剪断剪切销，继续朝向壳体运动，并压缩第一回复弹簧，连杆的起始端最终与壳体相接触，对连杆进行限位。

作为一种可实施方式，底板9的周侧设置有环状凸台，第一回复弹簧10朝向壳体2的一端与环状凸台相抵。进一步的，剪切销8位于环状凸台朝向壳体2的一侧。

环状凸台的设置，能够为第一回复弹簧提供很好的支撑，也避免了第一回复弹簧与壳体的直接接触，第一回复弹簧位于底板上环状凸台远离壳体的一侧，将剪切销安装在底板上环状凸台的另一侧，没有第一回复弹簧的干扰，对剪切销的安装更加的方便，采用纯机械结构，可进行多次试验及拆装，不影响其性能，不需要特殊维护，能够实现在各种恶劣环境下长期贮存。

为了能够更好的确保连杆11的运动，导杆12的长度大于连杆11的长度。导杆12的设置，为连杆11的移动起到了导向的作用，导杆12的长度大于连杆11的长度，确保了连杆11的限位柱能够从舵面上的定位槽内脱出，连杆11沿导杆12运动，最终与导杆12的末端相抵，避免连杆11的脱出。

本发明还提供了一种机械式舵面折叠展开机构的使用方法，包括以下步骤：

锁合时：旋转舵面至锁止位置，舵面对弹性回复装置进行压缩，推动连杆向壳体方向运动，直至连杆末端设置的限位柱插装在对应舵面尾端的定位槽内，使用剪切销将连杆的起始端固定在壳体；

解锁时：连杆过载朝向壳体运动，连杆压缩第一回复弹簧，连杆剪切剪切销，过载消失后，连杆在第一回复弹簧作用下向远离壳体方向运动，与舵面分离，舵面在弹性回复装置作用下展开。

与现有技术相比，本发明提供的使用方法的有益效果与上述技术方案所述机械式舵面折叠展开机构的有益效果相同，此处不做赘述。

本发明还公开了一种飞行装置，包括舵机和机械式舵面折叠展开机构；

机械式舵面折叠展开机构安装在舵机的壳体上，舵机安装在飞行装置上，机械式舵面折叠展开机构在飞行装置发射后展开。

与现有技术相比，本发明提供的使用方法的有益效果与上述技术方案所述机械式舵面折叠展开机构的有益效果相同，此处不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。