[发明专利]用于改变机翼翼展的折叠机构

说明书

技术领域

本发明涉及用于改变机翼翼展的折叠机构，具体的说，是涉及由单一驱动实现飞机翼展的连续性变化且具有单自由度、大折展比的刚性折叠机构。

背景技术

在莱特兄弟成功使用绳索控制机翼的扭角之后，世界上第一架变形飞机出现了。近几十年，变形飞机技术飞速发展。在变形飞机发展方面，美国一直走在世界前列。2003年，美国防部预先研究计划局(DARPA)启动“变形飞机结构”项目，同时给出了飞机的变形标准：展弦比变化超过200％；机翼面积变化高于50％；机翼前缘后掠角变化大于20度；机翼扭角不小于5度。

其中包括通过改变翼展实现机翼面积的大幅度变化，飞机机翼折叠，机翼参考面积降低，可以很大限度地降低飞行阻力，增大飞机飞行速度，增强飞机操纵性，提高飞机的战场生存能力，同时折叠翼展给飞机储存和运输工作带来了极大便利。而飞机机翼展开，可以直接增大飞机的有效载荷和航程，同时减少燃油消耗，大大提高了飞机的运输和侦查能力。通过改变翼展实现机翼面积的大幅度变化，从而使飞机功能多样化。用一架可折展机翼的多功能飞机替代多架传统单一功能飞机不仅可以在不同环境下完成各种特定任务，而且带来的巨大经济效益。

早期的变翼展飞机有镜筒式折叠机翼、剪刀式折叠机翼、齿轮齿条和液压驱动式折叠机翼等等，其中最著名的是洛克希德·马丁公司生产的“Z字翼”小型无人机，该变形飞机通过将内段机翼向机身折叠，实现机翼收缩，最大可使翼展变化177％。每种折叠飞机都有其优点和缺点，镜筒式折叠机翼可以保证大的折展比，但是机翼整体结构变得很复杂，刚度很差，机翼会发生严重的非必要变形，而且机翼翼展很难得到精确控制；齿轮齿条和液压驱动式折叠机翼可以精确控制机翼折展，但是所附加的重量和所需要的动力是巨大的，大大降低了飞机的有效载荷和航程；“Z字翼”小型无人机机翼在折展过程中需要大量的电机相互配合，不仅消耗能量、降低有效载荷，而且增加机翼各段控制难度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供用于改变机翼翼展的折叠机构，该机构是含有过约束机构的特殊空间刚性折叠机构；通过该机构改变机翼翼展，可以实现飞机功能多样化、调节飞机性能指标，给飞机的储存和运输带来极大便利；整个机构只具有一个自由度，运动控制简单；具有生产加工简单，运动控制方便，高可靠性，高精度等优点，在变形飞机领域中具有重要意义和广泛的应用前景。

本发明是基于Sarrus机构的用于改变机翼翼展的单自由度、大折展比的刚性可折叠结构，在单一电机的作用下可以实现机翼的折叠与展开。单自由度保证了整个机翼只需一个驱动电机，避免了多个电机协调配合所带来的复杂性，同时使折叠机翼自身重量大大降低，增加了飞机有效载荷。大折展比保证了飞机可以根据任务要求在速度、机动性、载重量、航程等方面进行调整。机构的高精度和高可靠性保证了折叠机翼的稳定与高效。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

用于改变机翼翼展的折叠机构，折叠机构的一端与内侧机翼固定连接，另一端与翼端固定连接，所述折叠机构由至少两个折叠单元依次串联构成，所述折叠单元由四个杆件通过转动副首尾相连组成环状结构，包括两个弦向杆件和两个非弦向杆件，两两平行且相互平行的杆件长度相等；

相邻折叠单元的非弦向杆件之间，通过转动副相连，所述弦向杆件与所述非弦向杆件连接的转动副及非弦向杆件之间连接的转动副为第一类转动副，所述第一类转动副的轴线彼此相互平行，且垂直于机翼翼展的展向与弦向所在平面；

相邻折叠单元的两个弦向杆件之间通过两个连接杆件相连，两个弦向杆件分别与一个连接杆件的一端通过转动副相连，两个连接杆件的另一端通过转动副相连，弦向杆件与连接杆件之间连接的转动副以及连接杆件之间连接的转动副为第二类转动副，所述第二类转动副的轴线彼此相互平行，均沿机翼弦向，且垂直于第一类转动副轴线。

所述第一类转动副的任意连接处安装有驱动电机，用以实现折叠机构的折叠与展开。

所述驱动电机以弦向杆件作为机架，驱动非弦向杆件旋转，旋转角度范围为0-90度，0度对应刚性折叠机构完全折叠，90度对应刚性折叠机构完全展开。

所述驱动电机具有制动功能，可在0-90度旋转范围内任意位置锁死，用以实现机翼从完全折叠到完全展开任意时刻的稳态。

所述转动副为合页或轴承。

所述机翼上覆盖有蒙皮，所述蒙皮的一端与内侧机翼相连，另一端与翼端相连。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：