飞行器可折叠双翼板展开机构

摘要

本发明公开了一种飞行器可折叠双翼板展开机构，包括燃气作动装置、直线导轨、滑块、连杆和摇杆，直线导轨位于两翼板转轴连线的垂直平分线上，通过下支架固定在飞行器机体上，滑块与两根连杆的一端铰接，燃气作动装置驱动滑块沿着直线导轨做直线运动，两根连杆的另一端分别与一根摇杆的一端铰接，每根摇杆的另一端分别与固定在翼板支架上的翼板转轴铰接，在连杆的推动下，摇杆绕着固定在翼板支架上的翼板转轴转动，一根摇杆与一个翼板轴套固连，当摇杆绕着翼板转轴转动时，带动翼板一起转动。本发明对翼板展开的驱动能力有很大的提高，对翼板支架不会产生冲击。

说明书

技术领域

本发明涉及一种推进机构，尤其是将飞行器可折叠双翼板由贮存时的折叠状态转变为正常工作时展开状态的推进机构。

背景技术

目前飞行器可折叠双翼板展开机构主要包括齿轮齿条展开机构和双曲柄滑块展开机构。由于现有产品的结构特性限制，现有技术在翼板展开过程中存在明显的不足之处，主要表现在以下几个方面：

1)齿轮齿条展开机构，基本结构为在对称轴线处安装一可作直线运动的齿条，带动与翼板固联为一体的齿轮绕翼板的轴线旋转，从而实现翼板的旋转展开。该结构比较复杂，整体质量过大，制造工艺和总装工作难度大，成本高，在翼板展开的初始阶段，易产生过冲，造成翼板在展开过程中出现停滞现象，在翼板展开的全部行程中，驱动力矩转换系数为常数，在翼板展开的后半程无增益，展开的终点位置处易对翼板支架产生冲击。

2)双曲柄滑块展开机构，基本结构为在对称轴线处安装一可作直线运动的滑块，直接带动与翼板固联为一体的曲柄绕翼板的轴线旋转，从而实现翼板的旋转展开。虽然结构较为简单，但在翼板展开的后半程，驱动力矩转换系数下降，很不利于翼板在终点位置展开到位。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种飞行器可折叠双翼板展开机构，能够提高飞行器可折叠双翼板展开机构的力矩转换效率，优化驱动装置的工作条件，改善翼板支架的整体性能，为翼板支架的轻量化设计创造条件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括燃气作动装置、直线导轨、滑块、连杆和摇杆，直线导轨位于两翼板转轴连线的垂直平分线上，通过下支架固定在飞行器机体上，滑块与两根连杆的一端铰接，相互之间可以作角度≤30°的转动，燃气作动装置驱动滑块沿着直线导轨做直线运动，同时带动连杆的一端沿着直线导轨一起做直线运动，两根连杆的另一端分别与一根摇杆的一端铰接，相互之间可以作角度≤60°的转动，每根摇杆的另一端分别与固定在翼板支架上的翼板转轴铰接，在连杆的推动下，摇杆绕着固定在翼板支架上的翼板转轴转动，一根摇杆与一个翼板轴套固连，当摇杆绕着翼板转轴转动时，带动翼板一起转动，从而实现驱动翼板展开的目的。在整个工作过程中，滑块做直线运动，连杆作平面运动，均为只承受压力的二力杆，摇杆绕着翼板转轴转动。

设两翼板转轴的轴间距为H，连杆的长度为L，摇杆的长度为R，则其取值范围应满足L＝(0.46～0.49)H，H＝(5.5～6.5)R。由于结构对称性的要求，两侧的摇杆长度对应相等，连杆长度也对应相等。为了保证机构能够正常工作，摇杆转角θ_i与两翼板转轴的轴间距H，连杆的长度L，摇杆的长度R之间必须满足如下的结构条件：

本发明的有益效果是：

根据能量守恒定律知，当机构处于平衡状态时，其输入输出的能量满足如下的关系式：

$\frac{1}{2}\mathrm{FS}=\mathrm{M\theta }$

式中：F为专用动力装置提供的推力，S为为滑块在任意位置的位移，M为单个翼板获得的展开驱动力矩；θ_i为翼板展开的角度。

所以，在任意时刻，必然有下式成立：

$\frac{1}{2}F{\upsilon }_i=M_i{\theta }_i,$$\frac{M_i}{F}=\frac{V_i}{2{\omega }_i}=K_3$

本机构的运动特性可知，在翼板展开的终点区域，即使滑块移动速度V_i不变，翼板旋转角速度ω_i的取值也很小，所以本机构具有如下优点：

1)本机构对翼板展开的驱动能力有很大的提高，与现有的机构相比，本机构对翼板展开的驱动力矩提高3倍以上；

2)翼板展开至终点位置时，翼板旋转的角速度ω_i很小，所以展开机构对翼板支架不会产生冲击。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明所述展开机构的原理图；

图2为单个翼板获得的展开驱动力矩M与驱动装置推力F之间的关系曲线K3和滑块移动速度V_1i与翼板旋转的角速度ω_i的关系曲线Q的示意图。

具体实施方式

飞行器可折叠双翼板展开时，由气动升力产生的阻力矩值，是随着翼板展开角度的增大而增大，针对其变化规律的特点，设计出适应其变化规律的双摇杆滑块翼板展开机构。本机构的工作特点是：在翼板展开的初始阶段，翼板的驱动力矩转换系数K3稍小，随着翼板展开转角的增大，力矩转换系数K3逐渐增大，尤其在翼板转角的后三分之一区域，力矩转换系数K3呈快速增大的趋势，而此时翼板的转动角速度逐渐减小，在终点区域附近，翼板展开机构形成呈现低转速大扭矩的工作特性，对避免翼板在终点位置处对支架产生的冲击，顺利完成翼板展开的任务非常有利。

由于飞行器可折叠双翼板布置的对称性特点，飞行器可折叠双翼板展开机构也相应地呈对称结构形式，其对称轴位于两翼板转轴连线的垂直平分线上，作为机构重要组成部分的直线导轨C-C就布置在其对称轴上。本机构是翼板支架部件中，驱动翼板由折叠状态(贮存状态)转变为正常工作的展开状态的机构，翼板支架部件的下支架固定在飞行器机体的上部，整个展开机构安装在下支架上，滑块B与连杆的B端之间采用铰链连接，相互之间可以作角度≤30°的转动。在燃气作动装置的驱动下，滑块B沿着固定在下支架上的直线导轨C-C做直线运动，同时带动连杆的B端沿着直线导轨C-C一起做直线运动。连杆的另一端A端，与摇杆OA的A端通过铰链连接在一起，相互之间可以作角度≤60°的转动。在连杆的推动下，摇杆OA绕着固定在翼板支架上的翼板转轴O转动，在结构设计时将摇杆与翼板轴套设计为一体，这样，当摇杆OA绕着翼板转轴转动时，带动翼板一起转动，从而实现驱动翼板展开的目的。在整个工作过程中，滑块B做直线运动，连杆AB作平面运动，为只承受压力的二力杆，摇杆OA绕着翼板转轴O转动。

各组件的参数：设两翼板转轴的轴间距为H，连杆AB的长度为L，摇杆OA的长度为R，则其取值范围应满足：

L＝(0.46～0.49)H

H＝(5.5～6.5)R。

由于结构对称性的要求，两侧的摇杆OA长度对应相等，连杆AB长度也对应相等。为了保证机构能够正常工作，摇杆转角θ_i与两翼板转轴的轴间距H，连杆AB的长度L，摇杆OA的长度R之间必须满足如下的结构条件：

如图1所示，由于飞行器可折叠双翼板为对称结构，所以相应的飞行器可折叠双翼板展开机构亦呈对称结构分布，C-C为对称轴，图中机构各部分的作用介绍如下：

两侧摇杆OA分别绕翼板转轴O旋转，并通过轴套与两侧翼板固联为一体；两个摇杆OA与连杆AB，通过销轴A连接，可相互转动；连杆AB与滑块B，通过销轴B连接，可相互转动；滑块B固定在直线导轨C-C的滑枕上，在驱动装置的推动下，可沿直线导轨C-C做直线运动；两侧的摇杆OA长度对应相等，连杆AB长度也对应相等。

本发明工作时，滑块B在专用驱动装置的推动下，沿直线导轨C-C由起始位置BO向终点位置Bt移动，通过连杆AB，推动摇杆OA绕翼板转轴O，由起始位置OAO向终点位置OAt转动，由于摇杆OA与翼板轴套固联为一个整体，从而实现翼板旋转展开之目的。当摇杆OA由起始位置OAO转动到终点位置OAt时，翼板由贮存时的折叠状态旋转展开至正常工作时的展开状态。在整个工作过程中，连杆AB作平面运动，为承受压力的二力杆，摇杆OA绕翼板的回转轴线O转动，承受由驱动装置传递过来的驱动力矩。

本发明所述机构的动力学关系如下：

滑块位移S_i与摇杆转角θ_i之间的关系式如下：

$S_i=e+R\sin {\theta }_i-\sqrt{L^2-{\frac{H}{4}}^2-R^2\mathrm{co}{s}^2{\theta }_i+\mathrm{HR}\cos {\theta }_i}$

式中：S_i为滑块在任意位置的位移；

      θ_i为摇杆转角；

      e为滑块起始位置距两翼板转轴连线的距离；

      R为摇杆OA的长度；

      L为连杆AB的长度；

      H为两弹翼转轴的轴间距。

滑块移动速度v_i与翼板旋转的角速度ω_i的关系：

$V_i=(R\cos {\theta }_i+\frac{\mathrm{HR}\sin {\theta }_i-R^2\sin 2{\theta }_i}{2\sqrt{L^2-\frac{H^2}{4}-R^2{\cos }^2{\theta }_i+\mathrm{HR}\cos }{\theta }_i}){\omega }_i=Q{\omega }_I$

式中：V_i为滑块移动速度；

      ω_i为翼板旋转的角速度；

      Q速度转换系数。

单个翼板获得的展开驱动力矩Mi应为：

$M_i=\frac{\mathrm{FR}\sin {\psi }_i}{2\sqrt{1-{(\frac{H}{2L}-\frac{R}{L}\cos {\theta }_i)}^2}}=K_{3}F$

式中：Mi单个翼板获得的展开驱动力矩；

      F专用动力装置提供的推力；

      K3力矩转换系数。

本实施例所述机构的参数为：

双翼板转轴的中心距OO1长度H＝280mm；

与翼板固连的摇杆OA长度R＝50mm；

推动摇杆转动的连杆AB长度L＝133.5mm；

摇杆OA的起始转角θ₀＝19°；

翼板展开角θ＝62°；

滑块B的初始位置到OO1连线的距离为79.8mm；

滑块B移动的最大距离为111mm；

在滑块移动到终点位置时，两连杆之间的夹角为1640；

可以得出如图2所示的单个翼板获得的展开驱动力矩M与驱动装置推力F之间的关系曲线K3和滑块移动速度V_1i与翼板旋转的角速度ω_i的关系曲线Q。