CN117799818A - 一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，涉及机翼技术领域，包括前缘支撑板、前缘柔性蒙皮、前缘变形组件与驱动组件，变弯度前缘机构，只有一个自由度，由驱动轴旋转单一控制，可以控制前缘在偏转范围内保持在期望角度，且结构简单，有利于机翼轻量化和驱动可靠性，瓦特六杆机构可以满足前缘翼型内不同纵梁驱动变形过程中的运动轨迹要求，可使机翼前缘柔性蒙皮产生准确的变形，驱动组件采用涡轮蜗杆形式，可以实现变形完毕后的自锁功能，提高了机翼变形状态的承载能力，前缘变形组件采用对称设计，各驱动杆、支撑座和纵梁对称面统一，有效减小了面外弯矩，不需要额外传递载荷的结构，给机翼内部其他结构保留了充足的设计空间。

Description

一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构

技术领域

本发明涉及机翼技术领域，具体涉及一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构。

背景技术

传统飞行器结构是针对特定工况下的最佳飞行状态最优去设计结构的，例如巡航、起飞和降落少数工况。但是在实际飞行中面对的工况更加复杂多样，在完成飞行任务的同时，要求更高的机动性和更小的燃油量和噪音。变弯度机翼飞行器的适用飞行工况范围更大，可以根据外部气动环境变化产生相应的空气动力学外形，从而获得更好的动力学特性，例如增升减阻。前缘下垂变形是变弯度机翼的一种，通过调整前缘下垂的角度来增大机翼在低速环境下的失速迎角，提高了机翼的升力与机动能力。

传统的前缘襟翼，采用的滑轨和导槽等结构不被蒙皮包裹，暴露在空气中，不利于机翼飞行过程中的空气动力学性能，而且对于有变形精确度要求的机构，复杂度和精确度成正比，越复杂的结构机翼越重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，解决了传统机翼暴露在空气中与机翼结构复杂的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括前缘支撑板、前缘柔性蒙皮、前缘变形组件与驱动组件，所述前缘变形组件设置在前缘支撑板上，所述前缘柔性蒙皮罩设在前缘变形组件外侧，所述驱动组件设置在前缘变形组件内侧，所述驱动组件控制前缘变形组件变形；

所述前缘变形组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆与第五连杆，所述第五连杆与第四连杆转动连接，所述第三连杆与第四连杆转动连接，所述第三连杆与第二连杆转动连接，所述第四连杆与第一连杆转动连接，所述第一连杆与第二连杆滑动连接，所述第五连杆与前缘支撑板转动连接，所述第一连杆与前缘支撑板转动连接，所述前缘变形组件为单自由度组件。

更进一步的，所述第一连杆与第四连杆均为三角形杆件，其上均分布有第一角、第二角与第三角，所述第一连杆上包括有第一短边、第二短边与长边，所述第一短边长度小于第二短边长度，所述第一连杆的第一短边与第二短边形成第一角，所述第一连杆的第二短边与长边形成第二角，所述第一连杆的第一短边与长边形成第三角，所述第五连杆一端与第四连杆的第一角转动连接，所述第五连杆另一端与前缘支撑板转动连接，所述第四连杆的第二角与第三连杆转动连接，所述第四连杆的第三角与第一连杆的第一角转动连接，所述第二连杆通过销轴与第一连杆长边靠近第二角处滑动连接，所述第二连杆与第三连杆转动连接，所述第一连杆的第三角与前缘支撑板转动连接。

更进一步的，还包括上支撑座与下支撑座，所述上支撑座与下支撑座均与前缘支撑板连接，所述第五连杆与上支撑座转动连接，所述第一驱动杆与下支撑座转动连接。

更进一步的，还包括上纵梁与下纵梁，所述第二驱动杆与上纵梁连接，所述第一驱动杆与下纵梁连接，所述前缘柔性蒙皮前端分别与上纵梁和下纵梁连接。

更进一步的，所述驱动组件包括驱动结构、第一传动结构与第二传动结构，所述驱动结构连接在前缘支撑板上，所述第一传动结构连接在驱动结构上，所述驱动结构控制第一传动结构，所述第二传动结构连接在第一传动结构上，所述第一传动结构与第二传动结构连接。

更进一步的，所述驱动结构包括电机与联轴器，所述电机于前缘支撑板连接，所述联轴器输入轴与电机输出轴连接，所述第一传动结构与联轴器输出轴连接。

更进一步的，所述第一传动结构包括第一锥齿轮与第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与联轴器输出轴连接，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮与第二传动结构连接。

更进一步的，所述第二传动结构包括轴承、固定板、蜗杆支撑座、传动轴、蜗杆与蜗轮，所述固定板与蜗杆支撑座均连接在前缘支撑板侧壁，所述轴承设置有两个，两个所述轴承分别连接在固定板和蜗杆支撑座上，所述蜗杆顶部和底部分别与两个轴承内圈连接，所述第二锥齿轮与蜗杆顶部连接，所述传动轴转动连接在下支撑座上，所述第一连杆第三角连接在传动轴外侧，所述蜗轮与传动轴连接，所述蜗轮与蜗杆啮合。

更进一步的，还包括电机支撑座，所述电机支撑座与前缘支撑板连接，所述电机与电机支撑座连接。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

变弯度前缘机构，只有一个自由度，由驱动轴旋转单一控制，可以控制前缘在偏转范围内保持在期望角度，且结构简单，有利于机翼轻量化和驱动可靠性；

瓦特六杆机构可以满足前缘翼型内不同纵梁驱动变形过程中的运动轨迹要求，可使机翼前缘柔性蒙皮产生准确的变形，有效提高了飞行器的飞行效率；

驱动组件采用涡轮蜗杆形式，可以实现变形完毕后的自锁功能，提高了机翼变形状态的承载能力；

前缘变形组件采用对称设计，各驱动杆、支撑座和纵梁对称面统一，有效减小了面外弯矩，不需要额外传递载荷的结构，给机翼内部其他结构保留了充足的设计空间。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明瓦特六杆组件结构示意图；

图3为本发明驱动组件结构示意图；

图4为本发明变弯度前缘组件初始状态结构示意图；

图5为本发明变弯度前缘组件下垂状态结构示意图；

图6为本发明变弯度前缘瓦特六杆组件原理图。

图中数字表示：

101、上支撑座；102、第五连杆；103、第四连杆；104、第三连杆；105、第二连杆；106、第一连杆；107、下支撑座；1、前缘支撑板；2、前缘柔性蒙皮；3、上纵梁；4、下纵梁；5、蜗杆；6、蜗轮；7、传动轴；8、电机；9、联轴器；10、第一锥齿轮；11、第二锥齿轮；12、轴承；13、蜗杆支撑座；14、电机支撑座。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本实施例提供一种技术方案：一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，如图1～图6所示，包括前缘支撑板1、前缘柔性蒙皮2、前缘变形组件与驱动组件，所述前缘变形组件设置在前缘支撑板1上，所述前缘柔性蒙皮罩设在前缘变形组件外侧，所述驱动组件设置在前缘变形组件内侧，所述驱动组件控制前缘变形组件变形；

所述前缘变形组件包括第一连杆106、第二连杆105、第三连杆104、第四连杆103与第五连杆102，所述第五连杆102与第四连杆103转动连接，所述第三连杆104与第四连杆103转动连接，所述第三连杆104与第二连杆105转动连接，所述第四连杆103与第一连杆106转动连接，所述第一连杆106与第二连杆105滑动连接，所述第五连杆102与前缘支撑板1转动连接，所述第一连杆106与前缘支撑板1转动连接，所述前缘变形组件为单自由度组件，通过驱动组件可控制前缘变形组件变形，进而使得前缘柔性蒙皮2发生形变，进而可实现机翼不同程度的下偏变形，通过前缘变形组件可形成瓦特I型六杆组件，第一驱动杆106转动，进而可带动第四连杆103转动，进而带动第五连杆102转动，进而带动第三连杆104转动，进而带动第二驱动杆105转动，进而使得第一驱动杆106在第二驱动杆105上滑动，进而使得前缘变形组件发生变形，整体组件为单自由度组件，七个节点五个连杆，这样设计可以让多组翼肋同步变形，节省机翼内部空间，通过前缘柔性蒙皮2，使得前缘变形组件始终保持无缝变形，减小了与空气的尖端摩擦，以此解决了传统的前缘襟翼，采用的滑轨和导槽等结构不被蒙皮包裹，暴露在空气中，不利于机翼飞行过程中的空气动力学性能，而且对于有变形精确度要求的机构，复杂度和精确度成正比，越复杂的结构机翼越重的问题。

请参阅图1、图2、图4和图5，第一连杆106与第四连杆103均为三角形杆件，其上均分布有第一角、第二角与第三角，所述第一连杆106上包括有第一短边、第二短边与长边，所述第一短边长度小于第二短边长度，所述第一连杆106的第一短边与第二短边形成第一角，所述第一连杆106的第二短边与长边形成第二角，所述第一连杆106的第一短边与长边形成第三角，所述第五连杆102一端与第四连杆103的第一角转动连接，所述第五连杆102另一端与前缘支撑板1转动连接，所述第四连杆103的第二角与第三连杆104转动连接，所述第四连杆103的第三角与第一连杆106的第一角转动连接，所述第二连杆105通过销轴与第一连杆106长边靠近第二角处滑动连接，所述第二连杆105与第三连杆104转动连接，所述第一连杆106的第三角与前缘支撑板1转动连接，第一连杆106在前缘支撑板1上转动，进而带动第四连杆103转动，进而带动第五连杆102在前缘支撑板1上转动，进而带动第三连杆104转动，进而带动第二连杆105转动，进而使得第一连杆106的长边在第二连杆105的销轴上滑动。

请参阅图1、图2、图4和图5，还包括上支撑座101与下支撑座107，上支撑座101与下支撑座107均与前缘支撑板1连接，第五连杆102与上支撑座101转动连接，第一驱动杆106与下支撑座107转动连接，第五连杆102可在上支撑座101上转动，第一驱动杆106可在下支撑座107上转动，进而使得第五连杆102和第一驱动杆106在前缘支撑板1上转动。

请参阅图1、图4和图5，还包括上纵梁3与下纵梁4，第二驱动杆105与上纵梁3连接，第一驱动杆106与下纵梁4连接，前缘柔性蒙皮2前端分别与上纵梁3和下纵梁4连接，第一驱动杆106在转动时，可带动下纵梁4转动，第二驱动杆105转动时，可带动上纵梁3转动，进而使得前缘柔性蒙皮2发生形变。

请参阅图1、图3、图4和图5，驱动组件包括驱动结构、第一传动结构与第二传动结构，所述驱动结构连接在前缘支撑板1上，所述第一传动结构连接在驱动结构上，所述驱动结构控制第一传动结构，所述第二传动结构连接在第一传动结构上，所述第一传动结构与第二传动结构连接，驱动结构可驱动第一传动结构，第一传动结构可驱动第二传动结构。

请参阅图3、图4和图5，驱动结构包括电机8与联轴器9，所述电机8于前缘支撑板1连接，所述联轴器9输入轴与电机8输出轴连接，所述第一传动结构与联轴器9输出轴连接，电机8可带动联轴器9转动，进而驱动第一传动结构。

请参阅图3、图4和图5，第一传动结构包括第一锥齿轮10与第二锥齿轮11，所述第一锥齿轮10与联轴器9输出轴连接，所述第一锥齿轮10与第二锥齿轮11啮合，所述第二锥齿轮11与第二传动结构连接，电机8可带动联轴器9转动，进而带动第一锥齿轮10转动，进而带动第二锥齿轮11转动，进而驱动第二传动结构。

请参阅图3、图4和图5，第二传动结构包括轴承12、固定板、蜗杆支撑座13、传动轴7、蜗杆5与蜗轮6，所述固定板与蜗杆支撑座13均连接在前缘支撑板1侧壁，所述轴承12设置有两个，两个所述轴承12分别连接在固定板和蜗杆支撑座13上，所述蜗杆5顶部和底部分别与两个轴承12内圈连接，所述第二锥齿轮11与蜗杆5顶部连接，所述传动轴7转动连接在下支撑座107上，所述第一连杆106第三角连接在传动轴7外侧，所述蜗轮6与传动轴7连接，所述蜗轮6与蜗杆5啮合，第二锥齿轮11转动，进而带动蜗杆5在轴承12上转动，进而带动蜗轮6转动，进而带动传动轴7转动，进而带动第一驱动杆106转动，进而控制前缘变形组件发生变形。

请参阅图4和图5，还包括电机支撑座14，电机支撑座14与前缘支撑板1连接，电机8与电机支撑座14连接，通过电机支撑座14，可对电机8起到支撑的作用，保持电机8稳定的转动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于：包括前缘支撑板、前缘柔性蒙皮、前缘变形组件与驱动组件，所述前缘变形组件设置在前缘支撑板上，所述前缘柔性蒙皮罩设在前缘变形组件外侧，所述驱动组件设置在前缘变形组件内侧，所述驱动组件控制前缘变形组件变形；

所述前缘变形组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆与第五连杆，所述第五连杆与第四连杆转动连接，所述第三连杆与第四连杆转动连接，所述第三连杆与第二连杆转动连接，所述第四连杆与第一连杆转动连接，所述第一连杆与第二连杆滑动连接，所述第五连杆与前缘支撑板转动连接，所述第一连杆与前缘支撑板转动连接，所述前缘变形组件为单自由度组件。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，所述第一连杆与第四连杆均为三角形杆件，其上均分布有第一角、第二角与第三角，所述第一连杆上包括有第一短边、第二短边与长边，所述第一短边长度小于第二短边长度，所述第一连杆的第一短边与第二短边形成第一角，所述第一连杆的第二短边与长边形成第二角，所述第一连杆的第一短边与长边形成第三角，所述第五连杆一端与第四连杆的第一角转动连接，所述第五连杆另一端与前缘支撑板转动连接，所述第四连杆的第二角与第三连杆转动连接，所述第四连杆的第三角与第一连杆的第一角转动连接，所述第二连杆通过销轴与第一连杆长边靠近第二角处滑动连接，所述第二连杆与第三连杆转动连接，所述第一连杆的第三角与前缘支撑板转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，还包括上支撑座与下支撑座，所述第五连杆通过上支撑座与前缘支撑板转动连接，所述第一连杆第三角通过下支撑座与前缘支撑板转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，还包括上纵梁与下纵梁，所述第二连杆与上纵梁转动连接，所述第一连杆第二角与下纵梁转动连接，所述前缘柔性蒙皮前端分别与上纵梁和下纵梁连接。

5.根据权利要求4所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，所述驱动组件包括驱动结构、第一传动结构与第二传动结构，所述驱动结构连接在前缘支撑板上，所述第一传动结构连接在驱动结构上，所述驱动结构控制第一传动结构，所述第二传动结构连接在第一传动结构上，所述第一传动结构与第二传动结构连接。

6.根据权利要求5所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，所述驱动结构包括电机与联轴器，所述电机于前缘支撑板连接，所述联轴器输入轴与电机输出轴连接，所述第一传动结构与联轴器输出轴连接。

7.根据权利要求6所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，所述第一传动结构包括第一锥齿轮与第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与联轴器输出轴连接，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮与第二传动结构连接。

8.根据权利要求7所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，所述第二传动结构包括轴承、固定板、蜗杆支撑座、传动轴、蜗杆与蜗轮，所述固定板与蜗杆支撑座均连接在前缘支撑板侧壁，所述轴承设置有两个，两个所述轴承分别连接在固定板和蜗杆支撑座上，所述蜗杆顶部和底部分别与两个轴承内圈连接，所述第二锥齿轮与蜗杆顶部连接，所述传动轴转动连接在下支撑座上，所述第一连杆第三角连接在传动轴外侧，所述蜗轮与传动轴连接，所述蜗轮与蜗杆啮合。

9.根据权利要求8所述的一种刚柔耦合变弯度机翼前缘机构，其特征在于，还包括电机支撑座，所述电机支撑座与前缘支撑板连接，所述电机与电机支撑座连接。