CN102060102A - 一种可变形双翼布局 - Google Patents

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Abstract

一种可变形双翼布局，包括上机翼、下机翼和若干平行分布的变形机构，上机翼和下机翼通过变形机构连接，每个变形机构包括1个连接支杆和1～2个运动机构，每个运动机构上配套安装驱动机构和锁闭装置，运动机构固定安装上机翼或下机翼上，连接支杆的一端与运动机构机械连接，另一端与运动机构机械连接或与上机翼或下机翼固连，驱动机构驱动运动机构带动连接支杆使上机翼和下机翼在航向方向和高度方向进行0°～180°的旋转运动，运动到设置位置时，锁闭装置将运动机构锁止，上机翼和下机翼位置固定。本发明针对太阳能飞机的机翼布局形式，采用可变形双翼布局，与单翼布局相比，在采用相同翼型、相同翼展和单个机翼展弦比相同的情况下，通过可变形双翼布局可以增加起飞重量和增加有效载荷、降低机翼诱导阻力、增加太阳能电池板面积，从而提高了太阳能吸收量和降低夜间飞行能源的消耗。

Description

一种可变形双翼布局
技术领域
本发明涉及一种太阳能飞机的机翼布局，特别是涉及一种可变形(可变形是指可在航向方向和高度方向，上、下两机翼可以进行相对运动)的双翼布局，属于太阳能飞机机翼设计技术领域。
背景技术
太阳能飞机是高高空或临近空间超长航时飞行器的一种较佳选择，国内外正在大力发展此类飞机，而目前太阳能飞机基本都是采用大翼展的单翼布局或大翼展折叠式单翼布局。
尽管现有机翼布局较简单，但由于翼展较大，机翼的抗弯扭性能会有所下降而不利于飞行；同时，为了有较大的升阻比，机翼的展弦比都很大，因此机翼面积会受限较大，不利于增加起飞重量、有效载荷，并且还影响到太阳能的吸收量。
增强机翼的刚度可以提高机翼的抗弯扭性能，如增加翼型的相对厚度或使用刚度特性很好的翼梁，但由于太阳能飞机低速、低雷诺数的飞行特性，过大的增加翼型的相对厚度会降低气动性能，而刚度特性很好的翼梁，要么重量很重，使得有效载荷降低，要么材料加工工艺复杂或造价昂贵，使得飞机成本增加；增强机翼的面积可以提高太阳能的吸收量，如增加机翼的翼展或机翼的几何平均弦长，但翼展的增加会与机翼的抗弯扭设计相矛盾，增加几何平均弦长会与机翼的气动性能设计相矛盾，这都使得设计难度增加。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种既能提高机翼刚度、增加太阳能吸收量，又能改善机翼气动性能的可变形双翼布局。
本发明的技术解决方案是：一种可变形双翼布局，包括上机翼、下机翼和若干平行分布的变形机构，上机翼和下机翼通过变形机构连接，每个变形机构包括1个连接支杆和1～2个运动机构，每个运动机构上配套安装驱动机构和锁闭装置，运动机构固定安装在上机翼或下机翼上或上下机翼都装，连接支杆的一端与运动机构机械连接，另一端与运动机构机械连接或与上机翼或下机翼固连，驱动机构驱动运动机构带动连接支杆使上机翼和下机翼在航向方向和高度方向进行0°～180°的旋转运动，运动到设置位置时，锁闭装置将运动机构锁止，上机翼和下机翼位置固定。
所述的变形机构的数量不少于2个，变形机构的数量为偶数时，变形机构在上机翼和下机翼上均布，变形机构的数量为奇数时，一个变形机构安装在机翼中心位置，其余在机翼中心位置两侧对称分布。
所述的变形机构的数量为3时，以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，变形机构布置为机翼中心位置和距机翼中心位置两侧70％L处。
所述的变形机构的数量为5时，以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，变形机构布置为机翼中心位置和距机翼中心位置两侧35％L和70％L处。
所述的运动机构采用齿轮机构、摇杆机构或齿轮机构和摇杆机构的组合。
所述的上机翼采用平直翼、后掠翼或前掠翼，下机翼采用平直翼、后掠翼或前掠翼，上机翼和下机翼的翼形可以相同也可不同。
所述的上机翼和下机翼的布局形式即平面几何尺寸可以相同，也可以不相同。
所述的驱动机构采用气动力、发动机推力、重力或电机的任意一种或几种组合。
所述的锁闭装置包括锁止销和为锁止销提供动力的驱动装置。
本发明设计原理：
为达到可变形即上、下机翼在航向和高度方向可以进行相对运动的目的，在采用气动力、发动机推力、重力、电机的任一方式或多种综合的方式提供驱动力的条件下，通过运动机构，使连接支杆可以绕其连接支点在0°～180°范围内旋转运动，从而实现上、下机翼在航向和高度方向的相对运动达到可变形的目的。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明针对太阳能飞机的机翼布局形式，采用可变形双翼布局，与单翼布局相比，在采用相同翼型、相同翼展和单个机翼展弦比相同的情况下，通过可变形双翼布局可以增加起飞重量和增加有效载荷、降低机翼诱导阻力、增加太阳能电池板面积，从而提高了太阳能吸收量和降低夜间飞行能源的消耗；
(2)本发明采用双翼连杆布局，双翼用连杆支撑形成梁式布局，大幅增加了机翼的整体刚度，提高的机翼的抗弯扭性能；
(3)本发明连杆的布置数量、布置位置和长短可根据设计要求灵活选择，便利于总体、气动和结构的综合设计；
(4)本发明采用双翼增加了机翼面积，大幅提高起飞重量、增加有效载荷和增加太阳能电池板面积；
(5)本发明采用可变形双翼布局，不但能降低诱导阻力而提高气动性能，还能兼顾白天低能耗高储能飞行，夜晚高效节能飞行；
(6)本发明驱动机构的驱动可采用气动力、发动机推力、重力、电机的任意一种或几种组合来实现，驱动可根据设计要求灵活选择，便利于总体设计。
(7)本发明通过上、下两机翼组合优化，即翼型的选择、布局形式的选择和上下机翼的相对位置，能进一步降低摩擦阻力和改善机翼环量分布降低诱导阻力。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明运动结构采用齿轮机构的结构示意图；
图3为本发明运动机构采用摇杆机构的结构示意图。
具体实施方式
本发明如图1所示，针对太阳能飞机的机翼布局形式，在单翼的基础上提供了一种由上机翼1、下机翼2和若干连接上下机翼的变形机构组成的可变形双翼布局外形。
变形机构平行分布，每个变形机构包括1个连接支杆3和1～2个运动机构，每个运动机构上配套安装驱动机构和锁闭装置，运动机构固定安装在上机翼1或下机翼2上或上下机翼都装，连接支杆3的一端与运动机构机械连接，另一端与运动机构机械连接或与上机翼1或下机翼2固连。驱动机构驱动运动机构带动连接支杆3使上机翼1和下机翼2在航向方向和高度方向进行0°～180°的旋转运动，运动到设置位置时，锁闭装置将运动机构锁止，上机翼1和下机翼2位置固定。
连接支杆3的设置位置：以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，连接支杆位置的典型布置为0％L、35％L、70％L，可根据气动设计和结构设计的要求进行增加或减少，杆的长短根据机翼相对运动量、总体设计要求、气动设计要求和结构设计要求来给定，这样不但能便利于总体和气动设计，还便利于结构的重量、刚度和强度设计。连接支杆3的数量不少于2个，连接支杆3的数量为偶数时，变形机构在上机翼1和下机翼2上均布，变形机构的数量为奇数时，一个变形机构安装在机翼中心位置，其余在机翼中心位置两侧对称分布。如为3时，以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，布置为机翼中心位置和距机翼中心位置两侧70％L处，如为5时，以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，布置为机翼中心位置和距机翼中心位置两侧35％L和70％L处。
运动机构的典型布置为连接支杆数量的两倍，即每个连接支杆处的上机翼、下机翼各一套，也可只有一套，连接支杆的一端与机翼固连，运动机构可根据总体设计要求、变形快慢、电机驱动能力和铰链力矩进行减少。运动机构有齿轮机构、摇杆机构和轮机构和摇杆机构的组合方式，如采用电机为驱动力时，电机与运动机构的结合可以是直接的，也可以是间接的，由总体设计要求、变形快慢、电机驱动能力和铰链力矩所决定。
如图2、3所示，齿轮机构、摇杆机构两者共同之处是都有运动齿轮和锁闭装置，如采用电机提供驱动力时，电机与运动齿轮的接合方式可以是直接的也可以是间接的，根据总体设计要求、变形快慢、电机驱动能力和铰链力矩来定，不同之处是采用齿轮机构的，其连接支杆两端有齿形结构，采用摇杆机构的没有，另外设计了一根摇杆连接运动齿轮和连接支杆。
上机翼1或下机翼2采用平直翼、后掠翼或前掠翼，上机翼1和下机翼2的翼型可以相同也可不同，两者的布局形式即平面几何尺寸可以相同，也可以不相同，从而使得能结合上下机翼位置进行组合优化，进一步降低摩擦阻力和改善机翼环量降低诱导阻力，从而提高升阻比，使得飞行能耗降低，提高飞行航时。
驱动机构采用气动力、发动机推力、重力或电机的任意一种或几种组合。闭装置包括锁止销5和为锁止销5提供动力的驱动装置。
本发明变形运动过程为：由电机(为锁止销5提供动力的驱动装置)驱动打开锁止销5，由气动力、发动机推力、重力、电机的任一方式或多种综合的方式提供驱动力驱动运动齿轮4，由运动齿轮直接或通过摇杆6带动运动连接支杆绕连接支点运动，使得上、下机翼在高度方向和航向上进行相对运动，机翼运动到所需位置后，由电机驱动关闭锁止销，使得机翼不能再进行相对运动。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种可变形双翼布局，其特征在于：包括上机翼(1)、下机翼(2)和若干平行分布的变形机构，上机翼(1)和下机翼(2)通过变形机构连接，每个变形机构包括1个连接支杆(3)和1～2个运动机构，每个运动机构上配套安装驱动机构和锁闭装置，运动机构固定安装在上机翼(1)或下机翼(2)上或上下机翼都装，连接支杆(3)的一端与运动机构机械连接，另一端与运动机构机械连接或与上机翼(1)或下机翼(2)铰接，驱动机构驱动运动机构带动连接支杆(3)使上机翼(1)和下机翼(2)在航向方向和高度方向进行0°～180°的旋转运动，运动到设置位置时，锁闭装置将运动机构锁止，上机翼(1)和下机翼(2)位置固定。
2.根据权利要求1所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的变形机构的数量不少于2个，变形机构的数量为偶数时，变形机构在上机翼(1)和下机翼(2)上均布，变形机构的数量为奇数时，一个变形机构安装在机翼中心位置，其余在机翼中心位置两侧对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的变形机构的数量为3时，以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，变形机构布置为机翼中心位置和距机翼中心位置两侧70％L处。
4.根据权利要求2所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的变形机构的数量为5时，以翼展最短的机翼的半翼展L为特征尺寸，变形机构布置为机翼中心位置和距机翼中心位置两侧35％L和70％L处。
5.根据权利要求1所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的运动机构采用齿轮机构、摇杆机构或齿轮机构和摇杆机构的组合。
6.根据权利要求1所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的上机翼(1)采用平直翼、后掠翼或前掠翼，下机翼(2)采用平直翼、后掠翼或前掠翼，上机翼(1)和下机翼(2)的所采用的翼型可以相同也可不同。
7.根据权利要求1所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的上机翼(1)和下机翼(2)的布局形式即平面几何尺寸可以相同，也可以不相同。
8.根据权利要求1所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的驱动机构采用气动力、发动机推力、重力、电机的任意一种或几种组合实现驱动。
9.根据权利要求1所述的一种可变形双翼布局，其特征在于：所述的锁闭装置包括锁止销(5)和为锁止销(5)提供动力的驱动装置。
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