[发明专利]一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘以及机翼前缘

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘以及机翼前缘。

背景技术

人类一直梦想着飞机能像鹰隼那样在空中忽而振翅而飞，忽而盘旋消失在蓝天白云里，在执行不同任务(如巡航、盘旋、攻击等)能满足飞行环境(如高度、速度、气候等)的不同要求。传统的飞机采用改变机翼外形的办法，如采用前缘缝翼、后缘襟翼、变后掠角、变翼型弯度等方法，以适应起降、巡航和高速飞行等不同的飞行状态，力求获得比较理想的性能。

在上个世纪80年代后以美国为代表的研究，如1981年美国专利4,286,761中采用了电动驱动改变机翼，拟根据外界环境变化调整机翼局部形状；Gevers在1997年美国专利5,645,250中提出了多目标飞行器的设计方案，提供了机翼自适应的方式；1994年密歇根大学Kota教授首次提出了用柔性机构实现前后缘可变机翼的设计思想，并在实验室采用压电陶瓷作为驱动器进行了实验研究。

相比之下，国内研究变形机翼起步较晚，基本从本世纪初开始相继有南京航空航天大学、西北工业大学和哈尔滨工业大学等对可变形机翼特别是可变前后缘机翼进行了研究。

中国专利申请200910145195.8公开了一种基于SMA的自适应变体机翼后缘。该机翼分成2-5个后缘段，相邻后缘段通过安装于翼肋部位的关节相连，相邻后缘段之间还安装有偏转驱动机构，机翼后缘整体的偏转通过上述后缘段累积效应实现，关节为铰接式关节；偏转驱动机构由分别连接相邻后缘段的上SMA丝、下SMA丝和电流激励单元组成。

中国专利申请200910071613.3公开了一种形状记忆弹簧驱动的可变后缘弯度机翼，上金属薄板的前、后端面与连接板和机翼后缘的前端面固接,下金属薄板的前、后端面与连接板和机翼后缘的前端面固接，上、下金属薄板的同一侧表面上固定有上、下支柱，第一形状记忆弹簧的两端与固定板和上金属薄板固接，第二形状记忆弹簧的两端与上支柱和机翼后缘的前端面固接，第三形状记忆弹簧的两端与固定板和下金属薄板固接，第四形状记忆弹簧的两端与下支柱和机翼后缘的前端面固接。

此外，西北工业大学采用了机械多片串联结构对机翼后缘进行了可变调节。

综合上述，目前可变前后缘机翼机构的设计主要有两种：一是基于柔性材料，采用压电陶瓷等作为驱动器，连续调节机翼前后缘；二是机械多片多级串联结构，采用飞机传统的电动、气动驱动实现机翼后缘的连续变化。但是柔性变形通常采用的是记忆钛合金等，存在成本高，重量大，可拓展性低等缺点，关键是要实现柔顺变形需要刚度不能太大，这与飞机抵抗恶劣环境需要较高的刚度性能不符，因此会大大降低飞机的安全性；而机械多片多级串联调节方案，重量大、机翼蒙皮安装困难等不足，此外机翼中含有大量机械片状结构降低了飞机的隐蔽性，特别是战斗机。因此，这些技术方案功能受限、效率较低、安全性低，隐形性差难以适应较广范围飞行条件的变化。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于5R闭环单元、可组网、可冗余驱动、可连续改变机翼前后缘的机构，其能有效提高飞机的机动性能、电磁隐蔽性能、安全性能，且有效控制成本。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于飞机机翼的弯度可变的机翼后缘，飞机机翼包括弯度不可变的机翼中部，机翼中部包括主梁；弯度可变的机翼后缘包括后梁、平行设置的多组后缘杆组结构、后缘驱动机构；后梁连接主梁的后端；后缘驱动机构包括由驱动装置驱动的摇杆，摇杆的一端可旋转地连接后梁，摇杆的另一端可旋转地连接后缘杆组结构；后缘杆组结构为基于5R闭环单元的平面杆组结构，其具有一个自由度；

其中，每组后缘杆组结构包括成对出现的多对5R闭环单元、多个组网三角单元、1个末端4R闭环单元和1个末端三角单元；每对5R闭环单元包括一个上5R闭环单元、一个下5R闭环单元；组网三角单元的两边分别与相邻两个5R闭环单元共边；末端4R闭环单元的一边与相邻的一对5R闭环单元的公共边共边，其上下两个对边分别与组网三角单元共边，其最后一边与末端三角形单元共边；末端三角形单元的其中一杆与末端4R闭环单元的一杆共边。

本发明中，每组后缘杆组结构的自由度M计算如下：

M＝3*(5*N-3*N+1)-2*(5*N-2*N+1)＝1,其中N为5R闭环单元的个数，且N为偶数，因为5R闭环单元是一上一下成对出现的。

本发明中，组网三角单元的两边分别与相邻两个5R闭环单元共边，其主要作用是，约束整个后缘杆组结构的自由度。