CN106741845B - 一种水空两栖飞行器机翼变形结构 - Google Patents

一种水空两栖飞行器机翼变形结构 Download PDF

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Abstract

一种水空两栖飞行器机翼变形结构，它涉及一种飞行器机翼，以解决现有反潜飞机的机翼使用有垂尾非连续变形结构，其隐身性能差，空气动力学性能差，影响飞行速度，也不利于降低雷达反射信号，而无垂尾结构，操控性和机动性能差的问题，它包括变刚度翼梁、两个弯曲扭转变形组件和两个机翼翼肋；每个弯曲扭转变形组件的两个气动肌肉驱动器交叉布置；两个所述弯曲扭转变形组件布置在所述变刚度翼梁的两侧；每个所述气动肌肉驱动器的两端分别与两个所述机翼翼肋连接；所述变刚度翼梁包括柔性承载气动肌肉驱动器和翼梁主体；所述管状弹性梁内插装有柔性承载气动肌肉驱动器；所述管状弹性梁的两端分别与两个所述机翼翼肋连接。本发明用于水空两栖飞行器。

Description

一种水空两栖飞行器机翼变形结构
技术领域
本发明涉及一种飞行器机翼，具体涉及一种无人反潜水空两栖飞行器用的兼具弯曲和扭转机翼变形结构。
背景技术
反潜飞机大致可以分为反潜直升机、舰载固定翼反潜飞机、水上反潜飞机和岸基固定翼反潜飞机，反潜直升机广泛装备海军护卫舰以上的各类战斗舰艇，是应用最广、作用较大的一种反潜兵力，其优点是起降方便，能够悬停持续工作。目前，各国装备的反潜直升机主要有：美国的“海鹰”、英国的“海王”、法国的“超黄蜂”、前苏联的“卡—27”等，但是，直升机飞行速度较慢，续航时间短，难以适应如今复杂多变的战况。而固定翼反潜机具有航程长覆盖面积大，速度快等优点，但是对起飞降落的要求比较高，只能在一些大型航母上部署，并且无法在同一地点进行悬停，因此对潜艇的追踪能力有限。反潜水上飞机能停泊在水面上，悬放声纳，由于船身阻力大，航程短，只能在近海执行反潜任务。岸基固定翼反潜机由于陆机基地和航程限制无法为舰艇编队特别是走向深海的中国舰艇提供有效防护。由于我国目前航母发展的限制对于总重约20吨舰载固定翼反潜机无法满足其起飞降落的要求。因此航空反潜的能力短板成为战斗力形成的一个重大障碍，因此研发一种能够弥补我国反潜能力短板的舰载航空反潜装备显得尤为必要。
无论是飞行动物还是人造飞行器，为了执行不同任务(如巡航、盘旋、攻击或逃生等)，或为了满足飞行环境(如高度、速度和气候等)的不同要求，往往需要相应的调整形态，以达到高效能、安全以及任务要求等目的。传统的飞机通过机械装置采用改变机翼外形的办法以适应起降、巡航和高度飞行等不同的飞行状态，力求获得比较理想的性能，目前舰载固定翼反潜飞机和水上反潜飞机的机翼有的采用垂尾非连续变形结构，其隐身性能差，空气动力学性能差，影响飞行速度，也不利于降低雷达反射信号，有的采用无垂尾结构，其操控性和机动性能差。
发明内容
本发明是为解决现有反潜飞机的机翼使用有垂尾非连续变形结构，其隐身性能差，空气动力学性能差，影响飞行速度，也不利于降低雷达反射信号，而无垂尾结构，操控性和机动性能差的问题，进而提供一种水空两栖飞行器机翼变形结构。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种水空两栖飞行器机翼变形结构包括变刚度翼梁、两个弯曲扭转变形组件和两个机翼翼肋；
每个弯曲扭转变形组件包括两个气动肌肉驱动器，每个弯曲扭转变形组件的两个气动肌肉驱动器交叉布置；两个所述机翼翼肋为预制机翼形状结构体，两个所述机翼翼肋之间布置有变刚度翼梁和两个弯曲扭转变形组件；两个所述弯曲扭转变形组件布置在所述变刚度翼梁的两侧；每个所述气动肌肉驱动器的两端分别与两个所述机翼翼肋连接；
所述变刚度翼梁包括柔性承载气动肌肉驱动器和翼梁主体；所述翼梁主体为管状弹性梁，所述管状弹性梁内插装有柔性承载气动肌肉驱动器；所述管状弹性梁的两端分别与两个所述机翼翼肋连接。
本发明的有益效果是：本发明水空两栖飞行器的机翼变形结构为飞翼式无垂尾布局。飞翼式无尾布局可以大幅度降低雷达反射信号具有良好的隐身性能，但是同时也带来了操控性与机动性的问题。因此，本发明的机翼变形结构设计使用了智能主动变形机翼来改善飞行器的操控性和机动性。该技术包括机翼翼展方向的主动弯曲变形、主动扭转变形以及主动连续变后缘。机翼的连续变形由气动肌肉驱动器驱动，气动肌肉驱动器具有质量轻，输出力大，成本低等优点，当收缩率为正时气动肌肉充气收缩，伸长率为正时气动肌肉充气伸长。它们工作原理相同，其本质都是气动可膨胀弹性体在外部约束结构下受控变形。对弹性体内腔通入压力气体时肌肉将产生定向膨胀或收缩，驱动力的大小取决于肌肉的气体压力、几何结构和材料特性。同时由于机翼变形结构为连续变形，从而改善空气动力学性能和隐身性能，提高了飞行速度。因此与传统的非连续变形如襟翼变形相比可以大大减低飞行阻力和雷达发射信号，操控性和机动性能明显提高。
附图说明
图1为本发明一种水空两栖飞行器机翼变形结构的示意图；
图2为本发明一种水空两栖飞行器机翼变形结构的机翼翼肋扭转变形的一种状态图；
图3为本发明一种水空两栖飞行器机翼变形结构的机翼翼肋扭转变形的另一种状态图；
图4为本发明一种水空两栖飞行器机翼变形结构的变刚度翼梁向下弯曲变形的状态图；
图5为本发明一种水空两栖飞行器机翼变形结构的变刚度翼梁向上弯曲变形的状态图；
图6为图4的侧视图；
图7为图5的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明。
参见图1说明，一种水空两栖飞行器机翼变形机构包括变刚度翼梁1、两个弯曲扭转变形组件和两个机翼翼肋3；
每个弯曲扭转变形组件包括两个气动肌肉驱动器2，每个弯曲扭转变形组件的两个气动肌肉驱动器2交叉布置；两个所述机翼翼肋3为预制机翼形状结构体，两个所述机翼翼肋3之间布置有变刚度翼梁1和两个弯曲扭转变形组件；两个所述弯曲扭转变形组件布置在所述变刚度翼梁1的两侧；每个所述气动肌肉驱动器2的两端分别与两个所述机翼翼肋3连接；
所述变刚度翼梁1包括柔性承载气动肌肉驱动器1-1和翼梁主体；所述翼梁主体为管状弹性梁，所述管状弹性梁内插装有柔性承载气动肌肉驱动器1-1；所述管状弹性梁的两端分别与两个所述机翼翼肋3连接。
气动肌肉驱动器的结构具有很好的可设计性，可以通过设计其编织网套的编织角可以得到充气伸长或者收缩的气动人工肌肉。当收缩率为正时气动肌肉充气收缩,伸长率为正时气动肌肉充气伸长。收缩式气动肌肉，由于自身结构的特性当发生弯曲变形体积变化率较大从而使其充气后弯曲刚度剧烈增大。
参见图1-图5说明，所述管状弹性梁的中段为折叠梁结构，所述折叠梁结构主要由管状弹性梁上径向开设的交错布置的多个圆弧形缺口1-2-1以及缺口之间的多个管段构成。如此设置，折叠梁结构的圆弧形缺口的深度、宽度与角度以及管段的宽度由给定要求计算得出，可以避免由于翼梁主体两端固定带来刚度不可变化的问题，使翼梁主体在柔性承载气动肌肉驱动器和气动肌肉驱动器的共同作用下自适应调节，提高机翼变形结构的主动变形。
参见图1-图5说明，每个所述机翼翼肋3的后缘为仿生鱼鳍结构。如此设置，鱼鳍结构不仅有助飞行器快速飞行，还可以起到一定的缓和以及调节飞行稳定性的作用。
参见图1-图5说明，为了进一步改善机翼变形结构的空气动力学性能，适应飞行任务，提高飞行速度，降低飞行阻力，一种水空两栖飞行器机翼变形结构还包括两个一号后缘气动肌肉驱动器4-1和两个二号后缘气动肌肉驱动器4-2；每个所述机翼翼肋3的后缘上安装有一个所述一号后缘气动肌肉驱动器4-1和一个所述二号后缘气动肌肉驱动器4-2；所述二号后缘气动肌肉驱动器4-2布置在所述一号后缘气动肌肉驱动器4-1的下方且二者呈V形布置。如此设置，V形开口斜向上设置，布置在上方的一号后缘气动肌肉驱动器4-1收缩时机翼翼肋3的后缘向上弯曲，布置在下方的二号后缘气动肌肉驱动器4-2收缩时机翼翼肋3的后缘向下弯曲，以实现机翼翼梁的后缘的连续弯曲变形，进一步改善气动性能。
参见图1说明，圆弧形缺口1-2-1的轴向截面为矩形，圆弧形缺口1-2-1的数量为8个。如此设置，折叠梁结构的弧形凹槽的深度和宽度由给定要求计算得出，可以避免由于翼梁主体两端固定带来刚度不可变化的问题，使翼梁主体在柔性承载气动肌肉驱动器和气动肌肉驱动器的共同作用下自适应调节，提高机翼变形结构的主动变形。
工作过程：参见图2-图5说明，两个弯曲扭转变形组件的四个气动肌肉驱动器2分别定义为：一号气动肌肉驱动器21、二号气动肌肉驱动器22、三号气动肌肉驱动器23和四号气动肌肉驱动器24；
主动扭转变形时，一号气动肌肉驱动器21和四号气动肌肉驱动器24收缩，如图2中，右侧的机翼翼肋3顺时针转动，或者二号气动肌肉驱动器22和四号气动肌肉驱动器23收缩，如图3中右侧的机翼翼肋3逆时针转动。
主动弯曲变形时，一号气动肌肉驱动器21和二号气动肌肉驱动器22收缩，如图4和图6中的变刚度翼梁1的管状弹性梁向下弯曲变形，变刚度翼梁1向下弯曲。或者三号气动肌肉驱动器23和四号气动肌肉驱动器24收缩，如图5和图7中的变刚度翼梁1的管状弹性梁向上弯曲变形，变刚度翼梁1向上弯曲。
在机翼主动扭转和弯曲、扭转或弯曲变形过程中，当柔性承载气动肌肉驱动器内部压强增大时，柔性承载气动肌肉驱动器径向膨胀并且刚度提高从而使变刚度翼梁结构刚度增加；当柔性承载气动肌肉驱动器内部压强减小时，变刚度翼梁结构刚度下降。当机翼结构需要进行弯曲变形时，适当降低变刚度翼梁的结构刚度由管状弹性梁驱动变形，变形完成后，柔性承载气动肌肉驱动器内部压强增加径向膨胀锁定变形，刚度提高恢复翼梁整体结构刚度以承受机体载荷，如此以达到满足飞行器飞行任务的需要。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (4)

1.一种水空两栖飞行器机翼变形结构，其特征在于：它包括变刚度翼梁(1)、两个弯曲扭转变形组件和两个机翼翼肋(3)；
每个弯曲扭转变形组件包括两个气动肌肉驱动器(2)，每个弯曲扭转变形组件的两个气动肌肉驱动器(2)交叉布置；两个所述机翼翼肋(3)为预制机翼形状结构体，两个所述机翼翼肋(3)之间布置有变刚度翼梁(1)和两个弯曲扭转变形组件；两个所述弯曲扭转变形组件布置在所述变刚度翼梁(1)的两侧；每个所述气动肌肉驱动器(2)的两端分别与两个所述机翼翼肋(3)连接；
所述变刚度翼梁(1)包括柔性承载气动肌肉驱动器(1-1)和翼梁主体；所述翼梁主体为管状弹性梁，所述管状弹性梁内插装有柔性承载气动肌肉驱动器(1-1)；所述管状弹性梁的两端分别与两个所述机翼翼肋(3)连接；
所述管状弹性梁的中段为折叠梁结构，所述折叠梁结构主要由管状弹性梁上径向开设的交错布置的多个圆弧形缺口(1-2-1)以及缺口之间的多个管段构成。
2.根据权利要求1所述一种水空两栖飞行器机翼变形结构，其特征在于：每个所述机翼翼肋(3)的后缘为仿生鱼鳍结构。
3.根据权利要求1所述一种水空两栖飞行器机翼变形结构，其特征在于：所述一种水空两栖飞行器兼具弯曲和扭转的机翼变形结构还包括两个一号后缘气动肌肉驱动器(4-1)和两个二号后缘气动肌肉驱动器(4-2)；每个所述机翼翼肋(3)的后缘上安装有一个所述一号后缘气动肌肉驱动器(4-1)和一个所述二号后缘气动肌肉驱动器(4-2)；所述二号后缘气动肌肉驱动器(4-2)布置在所述一号后缘气动肌肉驱动器(4-1)的下方且二者呈V形布置。
4.根据权利要求3所述一种水空两栖飞行器机翼变形结构，其特征在于：圆弧形缺口(1-2-1)的数量为8个。
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