[發明專利]用于改變機翼翼展的折疊機構

有效

• 申請號: 201610343731.5
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN105947179B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 陳焱;高彬彬;康榮杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B64C3/56
• 分類號: B64C3/56;B64C3/54
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉玥

技術領域

本發明涉及用于改變機翼翼展的折疊機構，具體的說，是涉及由單一驅動實現飛機翼展的連續性變化且具有單自由度、大折展比的剛性折疊機構。

背景技術

在萊特兄弟成功使用繩索控制機翼的扭角之后，世界上第一架變形飛機出現了。近幾十年，變形飛機技術飛速發展。在變形飛機發展方面，美國一直走在世界前列。2003年，美國防部預先研究計劃局(DARPA)啟動“變形飛機結構”項目，同時給出了飛機的變形標準：展弦比變化超過200％；機翼面積變化高于50％；機翼前緣后掠角變化大于20度；機翼扭角不小于5度。

其中包括通過改變翼展實現機翼面積的大幅度變化，飛機機翼折疊，機翼參考面積降低，可以很大限度地降低飛行阻力，增大飛機飛行速度，增強飛機操縱性，提高飛機的戰場生存能力，同時折疊翼展給飛機儲存和運輸工作帶來了極大便利。而飛機機翼展開，可以直接增大飛機的有效載荷和航程，同時減少燃油消耗，大大提高了飛機的運輸和偵查能力。通過改變翼展實現機翼面積的大幅度變化，從而使飛機功能多樣化。用一架可折展機翼的多功能飛機替代多架傳統單一功能飛機不僅可以在不同環境下完成各種特定任務，而且帶來的巨大經濟效益。

早期的變翼展飛機有鏡筒式折疊機翼、剪刀式折疊機翼、齒輪齒條和液壓驅動式折疊機翼等等，其中最著名的是洛克希德·馬丁公司生產的“Z字翼”小型無人機，該變形飛機通過將內段機翼向機身折疊，實現機翼收縮，最大可使翼展變化177％。每種折疊飛機都有其優點和缺點，鏡筒式折疊機翼可以保證大的折展比，但是機翼整體結構變得很復雜，剛度很差，機翼會發生嚴重的非必要變形，而且機翼翼展很難得到精確控制；齒輪齒條和液壓驅動式折疊機翼可以精確控制機翼折展，但是所附加的重量和所需要的動力是巨大的，大大降低了飛機的有效載荷和航程；“Z字翼”小型無人機機翼在折展過程中需要大量的電機相互配合，不僅消耗能量、降低有效載荷，而且增加機翼各段控制難度。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供用于改變機翼翼展的折疊機構，該機構是含有過約束機構的特殊空間剛性折疊機構；通過該機構改變機翼翼展，可以實現飛機功能多樣化、調節飛機性能指標，給飛機的儲存和運輸帶來極大便利；整個機構只具有一個自由度，運動控制簡單；具有生產加工簡單，運動控制方便，高可靠性，高精度等優點，在變形飛機領域中具有重要意義和廣泛的應用前景。

本發明是基于Sarrus機構的用于改變機翼翼展的單自由度、大折展比的剛性可折疊結構，在單一電機的作用下可以實現機翼的折疊與展開。單自由度保證了整個機翼只需一個驅動電機，避免了多個電機協調配合所帶來的復雜性，同時使折疊機翼自身重量大大降低，增加了飛機有效載荷。大折展比保證了飛機可以根據任務要求在速度、機動性、載重量、航程等方面進行調整。機構的高精度和高可靠性保證了折疊機翼的穩定與高效。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

用于改變機翼翼展的折疊機構，折疊機構的一端與內側機翼固定連接，另一端與翼端固定連接，所述折疊機構由至少兩個折疊單元依次串聯構成，所述折疊單元由四個桿件通過轉動副首尾相連組成環狀結構，包括兩個弦向桿件和兩個非弦向桿件，兩兩平行且相互平行的桿件長度相等；

相鄰折疊單元的非弦向桿件之間，通過轉動副相連，所述弦向桿件與所述非弦向桿件連接的轉動副及非弦向桿件之間連接的轉動副為第一類轉動副，所述第一類轉動副的軸線彼此相互平行，且垂直于機翼翼展的展向與弦向所在平面；

相鄰折疊單元的兩個弦向桿件之間通過兩個連接桿件相連，兩個弦向桿件分別與一個連接桿件的一端通過轉動副相連，兩個連接桿件的另一端通過轉動副相連，弦向桿件與連接桿件之間連接的轉動副以及連接桿件之間連接的轉動副為第二類轉動副，所述第二類轉動副的軸線彼此相互平行，均沿機翼弦向，且垂直于第一類轉動副軸線。

所述第一類轉動副的任意連接處安裝有驅動電機，用以實現折疊機構的折疊與展開。

所述驅動電機以弦向桿件作為機架，驅動非弦向桿件旋轉，旋轉角度范圍為0-90度，0度對應剛性折疊機構完全折疊，90度對應剛性折疊機構完全展開。

所述驅動電機具有制動功能，可在0-90度旋轉范圍內任意位置鎖死，用以實現機翼從完全折疊到完全展開任意時刻的穩態。

所述轉動副為合頁或軸承。

所述機翼上覆蓋有蒙皮，所述蒙皮的一端與內側機翼相連，另一端與翼端相連。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：