CN112061374A - 一种固定翼梁的可变后掠机翼 - Google Patents

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姜汉斌
赵胤君
朱义
田振宇
李龙
王文斌
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Abstract

本发明涉及一种固定翼梁的可变后掠机翼，它涉及航空航天设备技术领域。本发明解决了现有变后掠机翼由于存在可活动翼梁而导致的机翼刚性下降及机翼与机身铰接处铰链承载过高的问题。本发明在改变机翼后掠角的同时改变了机翼的展长及翼展面积，解决了现有变后掠机翼普遍存在的变形功能单一的问题。本发明包括固定内翼，活动外翼，连杆及驱动装置，固定内翼与连杆共同构成机翼骨架起承载作用，活动外翼紧贴于内翼之上，驱动装置置于固定内翼的翼梁之上并通过连杆带动活动外翼运动以完成机翼的变形。本发明变形机翼保留了固定翼梁，具有较好的承载能力，能够在较大范围内改变机翼的后掠角、展长及翼展面积，能够调节机翼升阻比，提升翼型效率。

Description

一种固定翼梁的可变后掠机翼
技术领域
本发明涉及一种固定翼梁的可变后掠机翼，属于航空航天设备技术领域。
背景技术
在超音速飞机设计过程中，为了在提高飞行的马赫数的同时减小激波阻力，通常选择大后掠角，小展弦比的机翼，但此类机翼在亚音速飞行时存在升力较小，诱导阻力较大等情况，飞行效率不高。为同时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航及短距起降等各种飞行状态，人们开始致力于对可变后掠角变形机翼的研究。
从上世纪开始，国内外就开展了大量的研究工作，例如美国研制的一系列可变后掠的机翼X5(1951-1958)、F-111(1964-2010)、F-14(1970-2006)，前苏联的mig-23(1963-1986)，西欧的“狂风”等。近年来，美国在国防部高级研究计划局(DARPA)的“可变形飞行器结构(MAS)”计划和“智能翼(SmartWing)”的资助下，继续研制了可变后掠机翼。国内虽起步较晚但也有许多高校及研究所开展相应研究工作，如哈尔滨工业大学，西北工业大学，南京航空航天大学，北京航空航天大学，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所等。
已有变后掠机翼虽然能够改变机翼的后掠角，但往往存在机翼转动机构复杂，刚性小，机翼与机身衔接处的铰链应力集中严重等问题。此外，在改变机翼后掠角的同时能否改变翼展面积和展长也是评判机翼的能否良好的适应不同飞行状态的重要标准。
发明内容
本发明克服已有技术的不足，针对现有变后掠机翼转动机构复杂，驱动装置要求高，机翼质量大，载荷集中于机翼前缘中枢转轴上等问题，提出一种可变后掠角的变形机翼。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种固定翼梁的可变后掠机翼，包括活动外翼、固定内翼和驱动装置，所述固定内翼与机身固连，所述活动外翼与机身通过铰链在中枢转轴处铰接，所述活动外翼的连杆一端与固定内翼置于翼梁上的滑台通过铰链铰接，驱动装置控制连杆一端做水平运动，连杆另一端则带动机翼前缘绕中枢转轴转动从而改变机翼后掠角。
优选地，所述活动外翼包括机翼前缘、多个铰链、机翼外蒙皮及多根连杆，所述机翼外蒙皮一端通过铆钉铆接于机翼前缘上，所述铰链焊接在机翼前缘内侧。
优选地，所述固定内翼包括固定的翼梁、翼肋、机翼内蒙皮，所述翼梁均为工字梁，起连接机翼与机身的作用；所述翼肋均焊接于翼梁之上，翼梁与翼肋共同构成机翼的骨架。
优选地，所述机翼内蒙皮为刚性蒙皮，内蒙皮铆接在翼梁与翼肋构成的骨架上且与活动外翼上的外蒙皮相互贴合，外蒙皮覆盖在内蒙皮之上且可在内蒙皮之上滑动，具有重叠区域，间隙为0.5mm。
优选地，所述驱动装置为滚珠丝杠直线滑台包含电机、联轴器、导轨、滚珠丝杠、滑台、底座和轴承片。所述铰链通过螺栓固定在滑台上，所述电机和联轴器置于机身内侧，其余均置于翼梁上，所述驱动装置在不运动时具有锁紧功能。
优选地，所述连杆一端与活动外翼上焊接的铰链铰接，另一端与位于固定内翼的翼梁上做直线运动的滑台上的铰链铰接。机身与翼梁构成的刚体、连杆、滑台及机翼前缘共同组成平面四杆机构，四杆机构的运动导致机翼后掠角、展长及翼展面积改变。
优选地，所述变形翼机构的自由度为1，具有确定的运动。
优选地，机翼设有一组或多组平面四杆机构，如采用多组平面四杆机构，各连杆的长度及滑台的始末位置应通过所连翼梁所处的位置按一定比例计算后合理布置，在机构变形过程中，各连杆应始终保持互相平行，起到分布式冗余驱动的作用，以此来减小应力集中。
与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：
1、本发明采用固定的翼梁结构，解决了绝大多数变后掠翼刚性不足的问题；
2、本发明机翼前缘所受阻力会经连杆传递到翼梁上，解决了大多数变后掠翼机翼与机身衔接的铰链处承载过高的问题；
3、本发明在改变机翼后掠角的同时也可改变翼展面积和机翼展长，大后掠角对应小翼展面积和小展长可适应高速飞行状态；小后掠角对应大翼展和大展长可适应低速飞行状态，具有良好的实用性。
附图说明
图1是本发明一种固定翼梁的可变后掠角机翼结构示意图(不含蒙皮)。
图2是本发明变形前后的机翼结构示意图(含蒙皮)。
图3是本发明的滚珠丝杠直线滑台驱动器结构示意图。
图4是本发明变形前后的机翼结构示意图(不含蒙皮)。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细说明本发明优选实施例的具体结构和工作原理。
实施例一：
如图1和图2所示，一种固定翼梁的可变后掠机翼，包括活动外翼Ⅱ，固定内翼Ⅰ和驱动装置Ⅲ，固定内翼Ⅰ与机身5固连，活动外翼Ⅱ与机身5通过铰链在中枢转轴4处铰接，活动外翼Ⅱ的连杆3一端与固定内翼Ⅰ置于翼梁10上的滑台8通过铰链7铰接，驱动装置Ⅲ控制连杆3一端做水平运动，连杆另一端则带动机翼前缘1绕中枢转轴4转动从而改变机翼后掠角。本实施例在改变机翼后掠角的同时也可改变翼展面积和机翼展长，大后掠角对应小翼展面积和小展长可适应高速飞行状态；小后掠角对应大翼展和大展长可适应低速飞行状态，具有良好的实用性。
实施例二：
如图1和图2所示，活动外翼Ⅱ包括机翼前缘1、多个铰链2、机翼外蒙皮13及多根连杆3，机翼外蒙皮13一端通过铆钉铆接于机翼前缘1上，铰链2焊接在机翼前缘1内侧。固定内翼Ⅰ包括固定的翼梁10、翼肋11、机翼内蒙皮12，所述翼梁10均为工字梁，起连接机翼Ⅰ与机身的作用；翼肋11均焊接于翼梁之上，翼梁10与翼肋11共同构成机翼的骨架。机翼内蒙皮12为刚性蒙皮，内蒙皮12铆接在翼梁10与翼肋11构成的骨架上且与活动外翼上Ⅱ的外蒙皮13相互贴合，外蒙皮覆盖13在内蒙皮12之上且可在内蒙皮12之上滑动，具有重叠区域，间隙为0.5mm。
如图1、图3和图4所示，驱动装置Ⅲ为滚珠丝杠直线滑台包含电机6、联轴器14、导轨15、滚珠丝杠16、滑台8、底座17和轴承片18。所述铰链7通过螺栓固定在滑台8上，所述电机6和联轴器14置于机身5内侧，其余均置于翼梁10上，驱动装置Ⅲ在不运动时具有锁紧功能。连杆3一端与活动外翼上焊接的铰链2铰接，另一端与位于固定内翼1的翼梁10上做直线运动的滑台8上的铰链7铰接，机身5与翼梁10构成的刚体、连杆3、滑台8及机翼前缘1共同组成平面四杆机构，四杆机构的运动导致机翼后掠角、展长及翼展面积改变。电机6驱动通过联轴器14传递运动带动滚珠丝杠16转动，丝杠再带动滑台8沿翼梁10做直线运动，固定于滑台8上的铰链7会带动连杆3一端做直线运动，连杆3另一端则会带动机翼前缘1绕中枢转轴4转动，机翼前缘1的转动会带动与前缘固连的机翼外蒙皮13在内蒙皮12上以扇形轨迹滑动，从而改变机翼的翼展面积及后掠角。图4所示即为不同飞行状态下机翼的两种外形，左图为高速飞行状态下的外形，拥有大后掠角，小翼展面积及小展长；右图为飞机短距起飞或亚音速巡航时的外形，拥有小后掠角，大翼展面积及大展长。
如图4所示，该可变后掠翼变形机构的自由度为1，具有确定的运动。机翼设有一组或多组平面四杆机构，如采用多组平面四杆机构，各连杆3的长度及滑台8的始末位置应通过所连翼梁10所处的位置按一定比例计算后合理布置，在机构变形过程中，各连杆3应始终保持互相平行，起到分布式冗余驱动的作用，以此来减小应力集中。
本实施例变形机翼保留了固定翼梁具有较好的承载能力，能够在较大范围内改变机翼的后掠角、展长及翼展面积，能够调节机翼升阻比，提升翼型效率。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种固定翼梁的可变后掠机翼，其特征在于：包括活动外翼(Ⅱ)、固定内翼(Ⅰ)和驱动装置(Ⅲ)，所述固定内翼(Ⅰ)与机身(5)固连，所述活动外翼(Ⅱ)与机身(5)通过铰链在中枢转轴(4)处铰接，所述活动外翼(Ⅱ)的连杆(3)一端与固定内翼(Ⅰ)置于翼梁(10)上的滑台(8)通过铰链(7)铰接，驱动装置(Ⅲ)控制连杆(3)一端做水平运动，连杆另一端则带动机翼前缘(1)绕中枢转轴(4)转动从而改变机翼后掠角。
2.根据权利要求1所述固定翼梁的可变后掠机翼，其特征在于，所述活动外翼(Ⅱ)包括机翼前缘(1)、多个铰链(2)、机翼外蒙皮(13)及多根连杆(3)，所述机翼外蒙皮(13)一端通过铆钉铆接于机翼前缘(1)上，所述铰链(2)焊接在机翼前缘(1)内侧。
3.根据权利要求1或2所述固定翼梁的可变后掠机翼，其特征在于，所述固定内翼(Ⅰ)包括固定的翼梁(10)、翼肋(11)、机翼内蒙皮(12)，所述翼梁(10)均为工字梁，起连接机翼与机身的作用；所述翼肋(11)均焊接于翼梁之上，翼梁(10)与翼肋(11)共同构成机翼的骨架。
4.根据权利要求3所述固定翼梁的可变后掠机翼，所述机翼内蒙皮(12)为刚性蒙皮，内蒙皮(12)铆接在翼梁(10)与翼肋(11)构成的骨架上且与活动外翼上(Ⅱ)的外蒙皮(13)相互贴合，外蒙皮(13)覆盖在内蒙皮(12)之上且可在内蒙皮(12)之上滑动，具有重叠区域，间隙为0.5mm。
5.根据权利要求1或3所述固定翼梁的可变后掠变形机翼，其特征在于，所述驱动装置(Ⅲ)为滚珠丝杠直线滑台包含电机(6)、联轴器(14)、导轨(15)、滚珠丝杠(16)、滑台(8)、底座(17)和轴承片(18)；所述铰链(7)通过螺栓固定在滑台(8)上，所述电机(6)和联轴器(14)置于机身(5)内侧，其余均置于翼梁(10)上，所述驱动装置(Ⅲ)在不运动时具有锁紧功能。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述可变后掠角的变形机翼，其特征在于，所述连杆(3)一端与活动外翼上焊接的铰链(2)铰接，另一端与位于固定内翼(1)的翼梁(10)上做直线运动的滑台(8)上的铰链(7)铰接；机身(5)与翼梁(10)构成的刚体、连杆(3)、滑台(8)及机翼前缘(1)共同组成平面四杆机构，四杆机构的运动导致机翼后掠角、展长及翼展面积改变。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述可变后掠角变形机翼，其特征在于，所述变形翼机构的自由度为1，具有确定的运动。
8.根据权利要求1-5和7中任意一项所述可变后掠角变形机翼，其特征在于，机翼设有一组或多组平面四杆机构，如采用多组平面四杆机构，各连杆(3)的长度及滑台(8)的始末位置应通过所连翼梁(10)所处的位置按一定比例计算后合理布置，在机构变形过程中，各连杆(3)应始终保持互相平行，起到分布式冗余驱动的作用，以此来减小应力集中。
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