CN108639338A - 一种机翼控制装置和飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种机翼控制装置和飞行器，其中，所述机翼控制装置包括：第一机翼支撑机构和第二机翼支撑机构；所述第二机翼支撑机构通过铰接件与第一机翼支撑机构连接；所述第二机翼支撑机构上设有旋转机构，所述旋转机构驱动所述第二机翼支撑机构相对于第一机翼支撑机构做旋转运动.本实施例中的控制装置可以实现紧凑、高效、高精度、线性的翼面控制。

Description

一种机翼控制装置和飞行器

技术领域

本申请涉及飞行器技术领域，特别涉及一种用于大展弦比仿生飞行器的翼面控制机构和飞行器。

背景技术

自从微型飞行器的概念提出以来，由于其在军事和民用两方面潜在的极其广阔的应用前景，仿鸟类飞行主要包括两大类，一类是单折翼的小型仿生飞行器，一类是多折翼的大型仿生飞行器。虽然扑翼飞行器飞行效率高、有仿生特性，但是较难做到快速飞行。

现在大展弦比仿生飞行器的翼面控制机构采用四连杆原理的机构作为翼面的控制机构，其采用多个连杆进行传力，这会造成传力路线较长，所需要的质量较大与仿生飞行器减重相违背。

专利文献申请公布号为CN105217032A中公开了仿生飞行器，专利中提到了仿生飞行器翼面控制机构，包括：曲轴，曲轴的其中一端与传动轴传动相连，曲轴另一端所在的曲轴部分相对旋转连接有曲轴套筒，曲轴套筒上固定连接有机翼和内缘杆，内缘杆位于机翼内侧，内缘杆自由端连接有多向器，多向器包括相对旋转连接的外框架和多向器内转轴，内缘杆与多向器内转轴相对旋转连接。整个装置过于复杂，精度低、体积和质量较大，且四连杆原理的传动装置是非线性控制装置，不利于飞行器的控制***设计。

发明内容

为解决上述问题之一，本申请提供了一种用于大展弦比仿生飞行器的翼面控制机构和飞行器。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种机翼控制装置，该装置包括：第一机翼支撑机构和第二机翼支撑机构；

所述第二机翼支撑机构通过铰接件与第一机翼支撑机构连接；

所述第二机翼支撑机构上设有旋转机构，所述旋转机构驱动所述第二机翼支撑机构相对于第一机翼支撑机构做旋转运动。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种飞行器，所述飞行器的机翼上设有如上所述的机翼控制装置。

本申请所述技术方案通过扯动翼面,使翼面发生形变，进而产生气动力，实现对飞行器的控制。本申请所述技术方案采用的传动装置比四连杆控制装置传动链要少，所需要的空间和质量要小，精度要高，控制效率较高，同时控制过程是一个线性连续的过程,使机翼控制简单化。

附图说明

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

图1示出本申请所述机翼控制装置的示意图；

图2示出本申请所述去蒙皮的机翼控制装置的示意图；

图3示出本申请所述机翼控制装置的局部放大图。

附图标号

1、第一驱动杆，2、第二驱动杆，3、安装块，4、防脱落环，5、第一翼梁，6、第二翼梁，7、翼梁连接块，8、第一翼肋，9、第二翼肋，10、蒙皮，11、第一齿轮，12、第二齿轮，13、舵机，14、铰接件。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本方案的核心思路是通过旋转机构使部分机翼相对于另一部分机翼发生扭转变形,从而产生气动力,实现对飞行器的驱动控制。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供了一种机翼控制装置,该装置可以用于大展弦比的仿生飞行器的机翼控制。具体的,所述机翼控制装置包括:第一机翼支撑机构和第二机翼支撑机构,所述第二机翼支撑机构通过铰接件14与第一机翼支撑机构连接。本实施例中，通过第一机翼支撑机构的运动可以带动第二机翼支撑机构的运动，同时，通过铰接件14能够实现两个机翼支撑机构之间的相对运动，该运动可以模仿鸟类扑动翅膀的动作。进一步的，所述第二机翼支撑机构上设有旋转机构，所述旋转机构驱动所述第二机翼支撑机构相对于第一机翼支撑机构做旋转运动。通过第二机翼支撑机构的旋转能够使机翼翼面发生形变，从而产生气动力，为飞行器提供驱动控制。

本实施例中，第一机翼支撑机构包括：第一驱动杆1和第二驱动杆2，所述第一驱动杆1和第二驱动杆2的一端与铰接件14连接，所述第一驱动杆1和第二驱动杆2的另一端用于与飞行器上的动力装置连接；通过飞行器上动力装置带动第一驱动杆1和第二驱动杆2的运动，实现机翼的折叠运动。

本实施例中，第二机翼支撑机构包括：与铰接件14固定的安装块3和与所述安装块3转动连接的支撑架。第二机翼支撑机构通过安装块3与第一机翼支撑机构转接，能够避免第二机翼支撑机构旋转运动时与第一机翼支撑机构产生运动干涉。其中，所述支撑架包括：第一翼梁5、第二翼梁6、第一翼肋8和第二翼肋9；第一翼梁5通过翼梁连接块7与第二翼梁6连接，且所述第一翼梁5和第二翼梁6之间的夹角为钝角，在与飞行器安装时，第二翼梁6偏向飞行器的尾部方向；第一翼肋8与第一翼梁5固定，第二翼肋9与翼梁连接块7固定，第一翼肋8和第二翼肋9均垂直于第一翼梁5。在第二机翼支撑机构中利用第一翼梁5和第二翼梁6作为机翼的支撑骨干，利用第一翼肋8和第二翼肋9作为机翼的支撑。例如，可以在支撑架上设置柔性蒙皮结构10作为机翼，所述柔性蒙皮结构10一端与安装块3固定，其一端与第二翼梁6固定；所述柔性蒙皮结构10中间区域分别与第一翼肋8和第二翼肋9固定。

本实施例中，第一翼梁5是穿过安装块3上预先设置的通孔，并能够在通孔内旋转。如图3所示，第一翼梁5的一端通过翼梁连接块7与第二翼梁6连接，其另一端固定有防脱落环4。所述第一翼梁5通过防脱落环4进行限位，防止其在安装块3中转动时从安装块3的通孔中滑出。

本实施例中，所述旋转机构包括：第一齿轮11、第二齿轮12和固定在安装块3上的舵机13；所述第一齿轮11固定在所述舵机13的动力输出轴上，所述第二齿轮12固定在支撑架上；所述第一齿轮11和第二齿轮12啮合传动。本实施例中，旋转机构以安装块3为固定基础，舵机13通过卡接或粘接的方式固定在安装块3上，第二齿轮12固定在支撑架的第一翼梁5上，通过第一齿轮11和第二齿轮12的啮合传动将舵机13的动力传递给支撑架，支撑架通过齿轮的啮合传动，相对于第一机翼支撑机构产生旋转，此时，由于柔性蒙皮结构10的远端与第二翼肋9和第二翼梁6连接，而蒙皮的近端通过胶接固定在安装块3上，因此柔性蒙皮结构10就会因为第二翼肋9和第二翼梁6的扯动，发生形变，进而产生气动力，实现对飞行器的控制。

本实施例中还提供了一种飞行器，该飞行器上设置有动力装置；所述动力装置包括：驱动电机、齿轮组和曲轴连杆；驱动电机依次通过齿轮组和曲轴连杆与第一驱动杆1和第二驱动杆2连接；通过动力装置和第一驱动杆1与第二驱动杆2的配合实现机翼的扑动运动。

实施例二

如图1至图3所示，本实施例提供了一种用于大展弦比仿生飞行器的机翼控制装置，该装置包括：第一驱动杆1、第二驱动杆2、安装块3、防脱落环4、第一翼粱、第二翼梁6、翼梁连接块7、第一翼肋8、第二翼肋9、蒙皮、第一齿轮11、第二齿轮12、舵机13和铰接件14等结构。其中，所述安装块3为带通孔的方形结构，该安装块3通过轴与第一驱动杆1和第二驱动杆2连接。舵机13为方形结构的动力源，该舵机13通过螺栓安装在安装块3上。第一翼梁5安装在安装块3的通孔中，并可以围绕安装块3上的通孔旋转。防脱落环4通过胶接安装在第一翼梁5的一端，防止第一翼梁5在转动过程中脱离安装块3上通孔的约束。翼梁连接块7为异型结构，两端有孔，第一翼梁5的另一端和第二翼梁6的一端分别通过胶接的方式固定在翼梁连接块7的孔内；本实施例中，第一翼梁5为长条圆柱体，第二翼梁6为长条圆柱体。第一翼肋8与蒙皮结构10固定，且该蒙皮结构10不与第一翼梁5连接；第二翼肋9为与翼型形状相匹配的板结构，并通过胶接的方式固定在翼梁连接块7上。第一齿轮11通过胶接固定在第一翼梁5上，同时第一齿轮11安装位置靠近安装块3的位置，防止第一翼梁5在转动过程中脱离安装块3；第二齿轮12通过胶接固定在舵机13的输出轴上，第二齿轮12同第一齿轮11处于啮合关系。本实施例中，蒙皮结构10是一个柔性体，其远端与第二翼肋9和第二翼梁6通过胶接连接，蒙皮的近端通过胶接固定在安装块3上。

舵机13在飞行器控制***的控制条件下，输出轴旋转，带动第一齿轮11转动，第一齿轮11通过啮合力驱动第二齿轮12转动，第二齿轮12旋转，带动第一翼梁5、翼梁连接块7、第二翼梁6和第二翼肋9形成的支撑架围绕第二齿轮12的轴线转动，由于柔性蒙皮结构10的远端与第二翼肋9和第二翼梁6连接，而蒙皮结构10的近端通过胶接固定在安装块3上，因此，蒙皮结构10就会因为第二翼肋9和第二翼梁6的扯动，发生形变，进而产生气动力，实现对飞行器的控制。

大展弦比仿生飞行器在飞行过程中，飞行的控制***通过飞行控制信息，控制舵机13输出的偏转角度，进而控制翼面上蒙皮结构10产生形变，实现对飞行器的控制。

本实施例中以某具体的控制方式为例，当第一齿轮11和第二齿轮12之间的传动比为2:1时，则当舵机13转动的偏转角度为+20°，则蒙皮结构10的远端则产生-10°的舵偏；当舵机13转动的偏转角度为-10°，则蒙皮结构10的远端则产生+5°的舵偏。

本实施例中第一齿轮11和第二齿轮12之间的齿轮传动比不受到限制，第一驱动杆1和第二驱动杆2同安装块3的形式不受限制，第二翼梁6和第一翼梁5并不在同一条直线上，第二翼梁6和第二翼肋9的转动能够扯动蒙皮的远端产生变形。本实施例中的控制装置可以实现紧凑、高效、高精度、线性的翼面控制。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种机翼控制装置，其特征在于，该装置包括：第一机翼支撑机构和第二机翼支撑机构；

所述第二机翼支撑机构通过铰接件(14)与第一机翼支撑机构连接；

所述第二机翼支撑机构上设有旋转机构，所述旋转机构驱动所述第二机翼支撑机构相对于第一机翼支撑机构做旋转运动。

2.根据权利要求1所述的机翼控制装置，其特征在于，所述第一机翼支撑机构包括：第一驱动杆(1)和第二驱动杆(2)；

所述第一驱动杆(1)和第二驱动杆(2)的一端与铰接件(14)连接，所述第一驱动杆(1)和第二驱动杆(2)的另一端用于与飞行器连接。

3.根据权利要求1所述的机翼控制装置，其特征在于，所述第二机翼支撑机构包括：与铰接件(14)固定的安装块(3)和与所述安装块(3)转动连接的支撑架。

4.根据权利要求3所述的机翼控制装置，其特征在于，所述支撑架包括：第一翼梁(5)和与第一翼梁(5)通过翼梁连接块(7)连接的第二翼梁(6)。

5.根据权利要求4所述的机翼控制装置，其特征在于，所述支撑架还包括：与第一翼梁(5)垂直设置的第一翼肋(8)和第二翼肋(9)；

所述第一翼肋(8)与第一翼梁(5)固定，所述第二翼肋(9)与翼梁连接块(7)固定。

6.根据权利要求5所述的机翼控制装置，其特征在于，所述支撑架上设有柔性蒙皮结构(10)；所述柔性蒙皮结构(10)一端与安装块(3)固定，其一端与第二翼梁(6)固定；所述柔性蒙皮结构(10)中间区域分别与第一翼肋(8)和第二翼肋(9)固定。

7.根据权利要求4所述的机翼控制装置，其特征在于，所述第一翼梁(5)和第二翼梁(6)之间的夹角为钝角。

8.根据权利要求4所述的机翼控制装置，其特征在于，所述第二机翼支撑机构还包括：固定在所述第一翼梁(5)另一端的防脱落环(4)；

所述第一翼梁(5)穿过安装块(3)上预设的通孔，并通过防脱落环(4)限制第一翼梁(5)滑出安装块(3)的通孔。

9.根据权利要求3所述的机翼控制装置，其特征在于，所述旋转机构包括：第一齿轮(11)、第二齿轮(12)和固定在安装块(3)上的舵机(13)；

所述第一齿轮(11)固定在所述舵机(13)的动力输出轴上，所述第二齿轮(12)固定在支撑架上；

所述第一齿轮(11)和第二齿轮(12)啮合传动。

10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器的机翼上设有如权利要求1至9任意一项所述的机翼控制装置。