CN114812291A - 可完全收缩式柔性变翼机构 - Google Patents

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王旭刚
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Abstract

本发明公开了一种可完全收缩的柔性变翼机构，以实现飞行器在飞行过程中仿鸟类变翼飞行，通过改变柔性弹翼的形状，实现飞行器在不同的飞行速度和高度情况下，以优化的气动布局飞行。此柔性变翼机构由飞行器主体、带涡轮的主驱动杆、柔性蒙皮、骨架、两个电机、与电机同轴连接的涡杆、扭簧和端盖构成。柔性蒙皮的两端分别固定于骨架和扭簧上，依靠骨架和扭簧的拉力，将柔性蒙皮展开并保持一定的刚性，通过骨架与弹体的夹角不同，实现不同的弹翼柔性变形；当不需要展开时，完全依靠扭簧的方向拉力将柔性弹翼缠绕在扭簧轴上，实现完全的收缩。此变翼机构具有重量轻，结构占用空间小的特点，可以有效的提高飞行体的载荷。

Description

可完全收缩式柔性变翼机构
技术领域
本发明属于飞行器变翼飞行技术领域，特别是一种适用于高速飞行体的可完全收缩式柔性变翼机构。
背景技术
仿生变体飞行技术是当前飞行器设计领域的重点发展方向，随着空气动力学、机械学、材料学、控制科学等多种学科的不断进步，从仿生学发展起来的变体飞行技术越来越得到研究人员的重视，尤其是随着对智能飞行器发展的需求，可变体飞行在飞行器研究领域显露出了巨大的应用前景。飞行器在飞行中通过改变外形，实现仿生优化飞行或者提供改变飞行姿态的控制力，随着对飞行器飞行性能的要求越来越高，出现了许多种不同方式的变体飞行器，其中变翼飞行是一种应用非常广泛的飞行器变体飞行方式。变翼飞行器通过在飞行过程中改变翼面的面积或者某个关键尺寸，从而适应不同的飞行状态，如在远程滑翔飞行中，随着飞行高度和速度的变化，改变翼面参数，实现不同状态下的最佳升阻比外形，从而使得飞行器在全弹道都能以优化的气动外形飞行。
仿生变体飞行器的变翼机构可以分为刚性翼和柔性翼，刚性翼实现结构相对简单，但其占飞行体结构和重量比例较大，降低了飞行器的有效载荷，且驱动刚性翼需要的动力机构功率较大；柔性翼具有质量轻、收缩后占弹体空间小、驱动响应快、驱动***功耗小等特点。此外从仿生学角度而言，柔性变翼技术更加符合鸟类、昆虫等翅膀柔性变化的特点，更利于提高飞行体的飞行效率。柔性变翼技术是一种更为优良的变翼方案，但是，由于柔性变翼技术对材料、机构和控制等要求较高，带来了更大的设计复杂度，对不同的飞行器，结合其结构和飞行特点，需要设计适合的变翼机构。随着变体飞行器成为当前飞行器设计领域的研究重点，急需开展柔性变翼机构研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可完全收缩的柔性变翼机构设计方案，以实现飞行器在飞行过程中仿鸟类变翼飞行，从而提高飞行性能及效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种可完全收缩的柔性变翼机构，装配于弹体，包括飞行器主体、主驱动杆、柔性蒙皮、驱动部、与驱动部连接的涡杆、扭簧、端盖；
所述柔性蒙皮的两端分别固定于主驱动杆和扭簧上，依靠主驱动杆和扭簧的拉力，将柔性蒙皮展开；所述主驱动杆的前侧端部设有涡轮，涡轮通过转轴支撑在飞行器主体内；涡轮与涡杆配合实现传动；驱动部带动涡杆转动，用于驱动主驱动杆的展开和收缩，改变主驱动杆与弹体轴线的夹角，实现弹翼形状变化；
所述扭簧通过扭簧轴固定在端盖上，端盖固定在飞行器主体尾部；所述飞行器主体两侧设有槽口，用于左右两侧的收纳柔性蒙皮和主驱动杆；当不需要展开时，依靠扭簧的拉力将柔性弹翼缠绕在扭簧轴上，实现完全的收缩。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)通过采用柔性蒙皮，能够实现弹翼完全折叠和张开，在满足飞行器大尺度变翼的基础上，具有重量轻，结构占用空间小的特点，可以有效的提高飞行体的载荷。
(2)由于柔性翼面质量轻，便于快速收缩和张开，降低了驱动***功耗。
附图说明
图1为可变翼在弹体上的结构示意图。
图2为可变翼连接部件示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1和图2，本发明的可完全收缩式可变弹翼机构装配于弹体，并沿弹体纵轴布置，主要组成部件由飞行器主体1、带涡轮的主驱动杆2、柔性蒙皮3、骨架4、两个电机5、与电机同轴连接的涡杆6、扭簧7和端盖8组成。柔性蒙皮3的两端分别固定于主驱动杆2和扭簧7上，依靠主驱动杆2和扭簧7的拉力，将柔性蒙皮展开并保持一定的刚性，通过驱动杆2与弹体的夹角不同，实现不同的弹翼柔性变形；柔性蒙皮3中间间隔设置有多个骨架4，以增强柔性蒙皮3的刚性。主驱动杆2端部设有涡轮，与涡杆6配合实现传动，涡轮通过转轴支撑在飞行器主体1内；电机5固定在飞行器主体1内前端，电机5转轴与涡杆6连接。扭簧7通过扭簧轴固定在端盖8上，端盖8固定在飞行器主体1尾部。
飞行器主体1两侧设有槽口，电机反向旋转，主驱动杆2向槽口处转动并收纳在槽口内，当不需要展开时，完全依靠扭簧的方向拉力将柔性弹翼缠绕在扭簧轴上，实现完全的收缩。通过固定在端盖8上的两个扭簧的弹性旋转，可将一对弹翼3完全缠绕在扭簧上，从而使得弹翼全部收缩进弹体。
在飞行器飞行过程中，接到展开弹翼指令，则电机5开始正向旋转，带动与其同轴连接的涡杆6运动，涡杆6进一步驱动带有涡轮的主驱动杆2转动，主驱动杆2飞行器主体1槽口展开，从改变主驱动杆2与弹体轴线的夹角，通过改变夹角的不同，实现不同的弹翼形状变化。通过改变柔性弹翼的形状，实现飞行器在不同的飞行速度和高度情况下，以优化的气动布局飞行。
本发明可以用于变体飞行器的仿生变翼飞行，通过实时改变柔性弹翼的形状来实现全程以最优化的外形飞行，该机构具有易于实现、重量轻和结构体积小、驱动功率小等特点，可以实现完全收缩入弹体，也可完全展开，可用广泛应用于各类需要柔性变翼的飞行器，尤其适用于炮射制导炮弹、管射制导火箭等发射方式和弹体结构都受限的飞行体。该仿生变翼机构的装备，将会极大的提高变体飞行器的有效载荷和飞行效率。

Claims (4)

1.一种可完全收缩的柔性变翼机构，其特征在于，装配于弹体，包括飞行器主体、主驱动杆、柔性蒙皮、驱动部、与驱动部连接的涡杆、扭簧、端盖；
所述柔性蒙皮的两端分别固定于主驱动杆和扭簧上，依靠主驱动杆和扭簧的拉力，将柔性蒙皮展开；所述主驱动杆的前侧端部设有涡轮，涡轮通过转轴支撑在飞行器主体内；涡轮与涡杆配合实现传动；驱动部带动涡杆转动，用于驱动主驱动杆的展开和收缩，改变主驱动杆与弹体轴线的夹角，实现弹翼形状变化；
所述扭簧通过扭簧轴固定在端盖上，端盖固定在飞行器主体尾部；所述飞行器主体两侧设有槽口，用于左右两侧的收纳柔性蒙皮和主驱动杆；当不需要展开时，依靠扭簧的拉力将柔性弹翼缠绕在扭簧轴上，实现完全的收缩。
2.根据权利要求1所述的可完全收缩的柔性变翼机构，其特征在于，所述柔性蒙皮3中间间隔的设置有多个骨架。
3.根据权利要求1所述的可完全收缩的柔性变翼机构，其特征在于，所述驱动部为两个电机，左右两侧的主驱动杆各通过一个电机独立驱动。
4.根据权利要求1所述的可完全收缩的柔性变翼机构，其特征在于，所述扭簧轴与对与侧的涡杆同轴。
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