CN113135283B - 一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构 - Google Patents

Abstract

本发明一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构，属于无人机机翼领域；包括第一连杆、第二连杆、连杆架、第三连杆、第四连杆、固定机架和舵机，固定机架安装在机翼内，其外轮廓与机翼后缘上下表面相匹配，作为整个作动机构的固定件；第一连杆、第二连杆、连杆架和第三连杆均为直杆结构，并在两端均开有连接通孔；第四连杆为异形杆，作为整个机构的输出部分，与后缘襟翼的翼表面相连接，其一端为直杆，另一端外轮廓与后缘襟翼的型面一致；各连杆之间通过销钉铰接。利用本发明作动机构可以使小型无人机机翼后缘富勒襟翼在驱动下精准到达三个指定运动位置，完成0度到71度之间的偏转，同时襟翼可后探约140个单位，从而增大机翼面积和翼型弯度。

Description

一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构

技术领域

本发明属于无人机机翼领域，具体涉及一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构。

背景技术

襟翼是安装在机翼边缘部分的一种翼面形可动装置，按安装位置可分为前缘襟翼和后缘襟翼，具有增加升力、提高飞机临界迎角的效果。富勒襟翼是后缘襟翼的一种，它可以在襟翼舵面偏转的同时发生较大幅度的后退，从而增加机翼整体弯度和机翼面积，增升效果显著，因而被广泛应用于大中型飞机。富勒襟翼结构复杂，目前广泛使用的作动机构是以滑轨为导向，以螺旋机构推进主襟翼运动，以连杆机构带动导流板和后襟翼的典型结构。

专利CN205293063U一种后退襟翼滑轨及具有其的飞机，作者王海龙,耿玉新,卢志刚，作动机构的主要构件有主滑轨、前后襟翼滑轨、托架、连接托架、球面副(球销副，转动副)及分离控制机构，襟翼的运动轨迹由滑轨轨道直接控制，襟翼在驱动装置推进下通过托架在滑轨上运动，达到指定运动位置。上述作动机构广泛应用于大中型运输机，其所需空间大，制造、安装、维护成本高，滑轨设计复杂，若将该作动机构应用于小型无人机，不仅增加成本和结构强度的要求，滑轨轨道设计也会面临失真的问题。

用连杆机构控制襟翼作动也有广泛的研究，但是都如同S·萨库拉伊,J·M·惠顿,S·J·福克斯,S·X·车.具有提供多种巡航位置的紧凑大福勒运动的飞行器襟翼机构[P].美国：CN103010455A,2013-04-03.的专利，用于大型商用飞机，其结构对于小型固定翼无人机仍然过于复杂。小型固定翼无人机市场方兴未艾，目前市场上针对其结构、尺寸、成本等特点的富勒襟翼作动机构设计仍是空白。一款适用于小型无人机的小体积高精度富勒襟翼作动机构的设计势在必行。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构，机构整体为平面全铰六连杆传动机构，包括适配翼型的机架、与翼型适配的运动输出件、四根连杆和七根销钉。以简单的机构设计和较低成本，精准到达指定运动位置，实现预期气动增升效果，以此填补市场此领域空缺。

本发明的技术方案是：一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构，其特征在于：包括第一连杆1、第二连杆2、连杆架3、第三连杆4、第四连杆5、固定机架6和舵机，固定机架6安装在机翼内，其外轮廓与机翼后缘上下表面相匹配，作为整个作动机构的固定件；

所述第一连杆1、第二连杆2、连杆架3和第三连杆4均为直杆结构，并在两端均开有连接通孔；所述第四连杆5为异形杆，作为整个机构的输出部分，与后缘襟翼的翼表面相连接，其一端为直杆，另一端外轮廓与后缘襟翼的型面一致；

所述第一连杆1作为原动件，其上端与固定机架6的上端铰接，下端与第四连杆5直杆端的端头铰接，中部与第二连杆2的一端铰接；第二连杆2的另一端与连接架3的中部铰接；连接架3的一端与固定机架6的下端铰接，另一端与第三连杆4的一端铰接；第三连杆4的另一端与第四连杆5的中部铰接；所述舵机与第一连杆1、第四连杆5的铰接处连接，通过驱动该铰接处，进而推动整个机构实现襟翼的收放。

本发明的进一步技术方案是：所述第一连杆1、第二连杆2、连杆架3、第三连杆4、第四连杆5的直杆端、固定机架6的两端铰链点之间长度比例为100：86.6：147.7：71：130.5：114.2。

本发明的进一步技术方案是：所述第一连杆1的初始位置为，相对竖直方向其上端绕铰接点逆时针旋转18°；当第一连杆1从初始位置顺时针偏转32°时，通过第二连杆2使得连架杆3逆时针偏转18°；此时第四连杆5逆时针偏转6°，其中部铰接点向后探出63.2个单位，下偏11.5个单位，从而达到预定位置1，襟翼偏转6°；到达预定位置1后，第一连杆1继续顺时针偏转38°，第四连杆5继续逆时针偏转35°，其中部铰接点向后探出75.5个单位，下偏39.1个单位，从而达到预定位置2，襟翼偏转41°；到达预定位置2后，第一连杆1继续顺时针偏转24°，第四连杆5继续逆时针偏转30°，其中部铰接点向后探出2.6个单位，下偏28.5个单位，达到预定位置3，襟翼偏转71°。

本发明的进一步技术方案是：所述固定机架6与机翼通过胶接固定。

本发明的进一步技术方案是：所述第一连杆1、第二连杆2、连杆架3、第三连杆4、第四连杆5、固定机架6之间的铰接处均通过销钉铰接。

一种后缘富勒襟翼，其特征在于：包括襟翼和作动机构，作动机构位于襟翼作动面的两端，襟翼的作动面端面分别与两端机构中的第四连杆5以二者外轮廓为基准相贴合。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明设计了一种基于六连杆机构的小体积高精度的后缘富勒襟翼作动机构，作动机构位于襟翼作动面的两端，襟翼作动面端面分别与两端机构中的杆5以二者外轮廓为基准相贴合。利用该作动机构，可以使小型无人机机翼后缘富勒襟翼在驱动下精准到达三个指定运动位置，完成0度到71度之间的偏转，同时襟翼可后探约140个单位，从而增大机翼面积和翼型弯度。根据实验数据，在设计巡航升阻比(襟翼偏转0°)为15.6599时，设计起飞(襟翼偏转6°)升阻比可达到20.2554，升阻比提升29.34％，增升效果明显。

本发明体积小，精度高，安装维护成本低，襟翼从起始位置偏转到最大位置时，机翼内连杆机构的最大行程最小可以达到30mm，原动件最小可以达到44mm，可以在很小的尺寸下精准达到运动位置，而在同尺寸下使用滑轨机构将会出现滑轨轮廓失真现象，无法使襟翼按预定轨迹偏转。而相比于由几十个零件构成的应用在商用大型有人飞机上的连杆式襟翼控制机构，本发明最少可使用仅13个零件即可完成襟翼作动面的富勒运动。且单独零件特征较为简单，极大减少了制造成本，降低了装配难度。因此本发明可以更好适配小型、微型固定翼无人机，有广泛的应用前景，能够填补该领域市场空缺。

附图说明

图1本发明富勒襟翼作动机构偏转0°示意图；

图2本发明富勒襟翼作动机构襟翼偏转6°示意图；

图3本发明富勒襟翼作动机构襟翼襟翼偏转41°示意图；

图4本发明富勒襟翼作动机构襟翼襟翼偏转71°示意图；

附图标记说明：1.第一连杆，2.第二连杆，3.连杆架，4.第三连杆，5.第四连杆，6.固定机架，7.销钉，8.销钉，9.销钉，10.销钉，11.销钉，12.销钉，13.销钉。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

将气动分析得到的襟翼预定位置作为设计目标，所述增升机构所辅助的翼形参数为最大厚度为12.31％，在弦长20.3％处。考虑到所述机构处于机翼后缘，尺寸相对较薄，难以将整个机构完全放置于机翼内，综合考虑机翼表面附着物对机翼产生的干扰，故机构外露部分应当处于机翼下方，其余部分应埋入机翼内部。整体机构铅锤方向尺寸最终应能够控制在机翼最大厚度的90％以内。平面全铰六杆机构实质由两级平面全铰四杆机构组成，其中第一级平面全铰四杆机构的连杆可以看作第二级平面全铰四杆机构的原动件。机构由舵机提供动力，以达到偏转襟翼的目的。

参照图1所示，本发明一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构包括第一连杆1、第二连杆2、连杆架3、第三连杆4、第四连杆5、固定机架6和舵机，固定机架6安装在机翼内，其外轮廓与机翼后缘上下表面相匹配，作为整个作动机构的固定件；所述第一连杆1、第二连杆2、连杆架3和第三连杆4均为直杆结构，并在两端均开有连接通孔；所述第四连杆5为异形杆，作为整个机构的输出部分，与后缘襟翼的翼表面相连接，其一端为直杆，另一端外轮廓与后缘襟翼的型面一致。

描述连杆机构中的长度时常用比例关系描述，本发明中均假设原动件1长度为100个单位，则2号杆长86.6个单位，3号杆长147.7个单位，4号杆长71.0个单位，5号杆长130.5个单位，机架两铰链之间即机架杆长114.2个单位。整个机构的作动原理是：第一连杆1为原动件，第一连杆1依靠销钉7与固定机架6上端铰接，且能够围绕销钉7旋转。第二连杆2依靠销钉8与第一连杆1中部铰接，同时第二连杆2与连架杆3中部通过销钉11铰接。连架杆3一端与固定机架6下端通过销钉10铰接，且绕销钉10旋转。第三连杆4的一端与连架杆3的另一端通过销钉12铰接。第三连杆4另一端与第四连杆5中部通过销钉13铰接。第四连杆5和第一连杆1通过销钉9铰接。此时连杆2，4，5可以相对机架发生偏转和平移。

参照图2-4，原动件第一连杆1的初始位置为相对铅锤方向绕销钉7逆时针旋转18°，当原动件顺时针偏转32°时，通过第二连杆2使得连架杆3逆时针偏转18°。此时第四连杆5在自身尺寸以及装配关系约束下逆时针偏转6°，销钉13向后探出63.2个单位，下偏11.5个单位。从而达到预定位置1。到达预定位置1后，第一连杆1继续顺时针偏转38°，依靠上述约束关系使得第四连杆5继续逆时针偏转35°，销钉13向后探出75.5个单位，下偏39.1个单位，从而达到预定位置2。到达预定位置2后，第一连杆1继续顺时针偏转24°，依靠上述约束关系使得第四连杆5继续逆时针偏转30°，销钉13向后探出2.6个单位，下偏28.5个单位，达到预定位置3。

固定机架6安装在机翼内，其外轮廓应与机翼后缘上下表面相匹配。可通过胶接等方式固定；同时可以选择对特定位置翼肋进行加工，直接将翼肋作为机架安装机构。第一连杆1为整个机构的原动件，使用时可以在机翼内设置一舵机，舵机摇臂通过连杆与9号销钉相连。工作时舵机推动9号销钉，即可实现襟翼的收放。第二连杆2通过销钉8与原动件相连，第二连杆2号与连杆架3之间通过销钉11相连，3与4之间通过销钉12相连，同时连杆架3通过销钉10与固定机架6相连。第四连杆5为机构的输出部分，与后缘襟翼的翼表面相连接。同时第四连杆5与第三连杆4通过销钉13相连，与第一连杆1通过销钉9相连。机构作动时，机翼内行程最大的零件为销钉9，其行程为147个单位，整个结构轻巧紧凑。同时连杆销钉的连接属于低副连接，几何形状简单，便于加工。用于小型无人机时可使用钣金工艺得到机架和所有连杆，铰接处使用螺栓连接，若对装置动作精度要求更高可在孔中埋入轴承，降低机构作动时的摩擦力。第四连杆5与襟翼接触的部分可直接与襟翼胶接，如需加强可在该部分上增加缘条以增大胶接面积。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种小体积高精度的富勒襟翼作动机构，其特征在于：包括第一连杆(1)、第二连杆(2)、连杆架(3)、第三连杆(4)、第四连杆(5)、固定机架(6)和舵机，固定机架(6)安装在机翼内，其外轮廓与机翼后缘上下表面相匹配，作为整个作动机构的固定件；

所述第一连杆(1)、第二连杆(2)、连杆架(3)和第三连杆(4)均为直杆结构，并在两端均开有连接通孔；所述第四连杆(5)为异形杆，作为整个机构的输出部分，与后缘襟翼的翼表面相连接，其一端为直杆，另一端外轮廓与后缘襟翼的型面一致；

所述第一连杆(1)作为原动件，其上端与固定机架(6)的上端铰接，下端与第四连杆(5)直杆端的端头铰接，中部与第二连杆(2)的一端铰接；第二连杆(2)的另一端与连杆架(3)的中部铰接；连杆架(3)的一端与固定机架(6)的下端铰接，另一端与第三连杆(4)的一端铰接；第三连杆(4)的另一端与第四连杆(5)的中部铰接；所述舵机与第一连杆(1)、第四连杆(5)的铰接处连接，通过驱动该铰接处，进而推动整个机构实现襟翼的收放；

所述第一连杆(1)的初始位置为，相对竖直方向其上端绕铰接点逆时针旋转18°；当第一连杆(1)从初始位置顺时针偏转32°时，通过第二连杆(2)使得连杆 架(3)逆时针偏转18°；此时第四连杆(5)逆时针偏转6°，其中部铰接点向后探出63.2个单位，下偏11.5个单位，从而达到预定位置1，襟翼偏转6°；到达预定位置1后，第一连杆(1)继续顺时针偏转38°，第四连杆(5)继续逆时针偏转35°，其中部铰接点向后探出75.5个单位，下偏39.1个单位，从而达到预定位置2，襟翼偏转41°；到达预定位置2后，第一连杆(1)继续顺时针偏转24°，第四连杆(5)继续逆时针偏转30°，其中部铰接点向后探出2.6个单位，下偏28.5个单位，达到预定位置3，襟翼偏转71°。

2.根据权利要求1所述小体积高精度的富勒襟翼作动机构，其特征在于：所述第一连杆(1)、第二连杆(2)、连杆架(3)、第三连杆(4)、第四连杆(5)的直杆端、固定机架6的两端铰链点之间长度比例为100：86.6：147.7：71：130.5：114.2。

3.根据权利要求1所述小体积高精度的富勒襟翼作动机构，其特征在于：所述固定机架(6)与机翼通过胶接固定。

4.根据权利要求1所述小体积高精度的富勒襟翼作动机构，其特征在于：所述第一连杆(1)、第二连杆(2)、连杆架(3)、第三连杆(4)、第四连杆(5)、固定机架(6)之间的铰接处均通过销钉铰接。

5.一种带有权利要求1-4任一项所述小体积高精度的富勒襟翼作动机构的后缘富勒襟翼，其特征在于：包括襟翼和作动机构，所述作动机构位于襟翼作动面的两端，襟翼的作动面端面分别与两端的作动机构中的第四连杆(5)以二者外轮廓为基准相贴合。

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