一种Z型折叠翼可变体飞行器的制作方法

本发明涉及飞行器设计领域，具体涉及一种z型折叠翼可变体飞行器。

背景技术：

随着航空工业的迅速发展,民用和军事领域都对飞行器提出了更高的要求：飞行器能够执行多种飞行任务，整个飞行航程包括多种飞行状态，如巡航、攻击、拦截等。实现这些飞行状态需要飞行器具有高效兼顾亚音速高升阻比巡航和超音速突防对气动力的能力。但对于常规气动布局飞行器，亚音速飞行和超音速飞行对气动力的需求很难同时满足。目前大多数飞行器都只是固定翼飞行器，采用大展弦比和较大机翼面积的飞行器通常不适合超音速飞行，采用小展弦比和小面积机翼的飞行器满足了超音速飞行的同时也失去亚音速飞行性能。

现有的变体飞行器可以根据任务需求或者飞行环境的需要，改变自身气动外形，使当前外形状态适合飞行条件，从而使飞行器在各种不同的飞行状态下，都能达到最佳飞行性能。变体飞行器的机翼主要由内转轴机构，内翼，外转轴机构和外翼组成。其中，转轴机构主要由动力机构、作动筒、曲柄摇杆机构组成。其工作原理为：动力机构驱动作用筒，带动曲柄摇杆机构的摇杆转动，从而带动机翼转动。但是上述的变体飞行器主要存在以下几个问题：

(1)曲柄摇杆机构占用空间大，容易损坏；

(2)曲柄摇杆机构的曲柄转动为变速往返运动，具有急回特性，转动速度不均匀，容易影响转轴机构动作的稳定性；

(3)曲柄摇杆机构以曲柄为主动件，摇杆为从动件，在机构动作的过程中，会产生死点。

技术实现要素：

本发明的目的是对现有的变体飞行器进行改进，提供一种能够根据实际飞行环境，执行飞行任务的需求，改变飞行器结构外形，达到既具备高升阻比的亚音速飞行能力，又具备较高的超音速飞行性能的变体折叠翼飞行器。

为了达到上述目的，本发明提供了一种z型折叠翼可变体飞行器，所述飞行器包括：机身、分别设于所述机身两侧的一对折叠三段翼；所述折叠三段翼包括：内翼、中翼、外翼、连接所述内翼和所述中翼的内转轴机构、连接所述中翼和所述外翼的外转轴机构；其中，所述内翼固定到所述机身的外侧；所述内转轴机构包括：与所述内翼固定的第一舱筒、设于所述第一舱筒内部的第一传力轴、用于驱动所述第一传力轴转动的第一电机、与所述第一传力轴连接的第一行星轮系结构；所述第一行星轮系结构用于带动所述中翼绕所述第一传力轴匀速转动；所述外转轴机构包括：与所述中翼固定的第二舱筒、设于所述第二舱筒内部的第二传力轴、用于驱动所述第二传力轴转动的第二电机、与所述第二传力轴连接的第二行星轮系结构；所述第二行星轮系结构用于带动所述外翼绕所述第二传力轴匀速转动。

可选的，所述第一传力轴的两端均设有所述的第一行星轮系结构。

可选的，所述第一行星轮系结构包括：第一太阳轮、等距设于所述第一太阳轮外周的四个第一行星轮、与所述第一太阳轮同心的内齿圈、用于支撑所述第一行星轮的第一行星轮架；所述第一行星轮介于所述第一太阳轮和所述内齿圈之间，啮合连接所述第一太阳轮和所述内齿圈；所述内齿圈与所述中翼固定连接。

可选的，所述第二传力轴的两端均设有所述的第二行星轮系结构。

可选的，所述第二行星轮系结构包括：第二太阳轮、等距设于所述第二太阳轮外周的四个第二行星轮、与所述第二太阳轮同心的外齿圈、用于支撑所述第二行星轮的第二行星轮架；所述第二行星轮介于所述第二太阳轮和所述外齿圈之间，啮合连接所述第二太阳轮和所述外齿圈；所述外齿圈与所述外翼固定连接。

可选的，所述第一电机和所述第二电机均为步进电机。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过内外两套转轴机构实现了飞行器机翼的稳定匀速转动。

(2)本发明能精准控制机翼折叠角度，可以同时改变展弦比以及机翼形状，变体范围更广，能够执行多种飞行任务。

(3)本发明机构较为简单、更易实现，零件通用性强。

附图说明

图1为本发明的z型折叠翼可变体飞行器折叠状态的结构示意图；

图2为本发明的z型折叠翼可变体飞行器展开状态的结构示意图；

图3为本发明的z型折叠翼可变体飞行器展开状态的主视图；

图4为本发明的折叠三段翼展开状态的结构示意图；

图5为本发明的内转轴机构的结构示意图；

图6为本发明的外转轴机构的结构示意图；

图7为本发明的z型折叠翼可变体飞行器的飞行流程示意图。

图中：1-机身；2-内翼；

30-内转轴机构、31-第一舱筒、32-第一传力轴、33-第一太阳轮、34-第一行星轮、35-内齿圈、36-第一行星轮架；

4-中翼；50-外转轴机构、51-第二舱筒、52-第二传力轴、53-第二太阳轮、54-第二行星轮、55-外齿圈、56-第二行星轮架；

6-外翼、7-进气口、8-驾驶舱、9-平尾、10-发动机、11-垂尾。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1-图3所示，本发明的z型折叠翼可变体飞行器，包括：机身1、分别设于机身1两侧的一对折叠三段翼；如图4所示，折叠三段翼包括：内翼2、中翼4、外翼6、内转轴机构30、外转轴机构50；其中，内翼2固定到机身1的外侧；如图5所示，内转轴机构30包括：与内翼2固定的第一舱筒31、设于第一舱筒31内部的第一传力轴32、用于驱动第一传力轴32转动的第一电机、与第一传力轴32连接的第一行星轮系结构；在第一电机的驱动下，第一行星轮系结构带动中翼4绕第一传力轴32匀速转动；如图6所示，外转轴机构50包括：与中翼4固定的第二舱筒51、设于第二舱筒51内部的第二传力轴52、用于驱动第二传力轴52转动的第二电机、与第二传力轴52连接的第二行星轮系结构；在第二电机的驱动下，第二行星轮系结构带动外翼6绕第二传力轴52匀速转动。

本发明的机身1作为飞行器主体，内含设备舱和存储舱，可放置如侦察，通讯等设备。驾驶舱8位于机身1的上方；机身1的内部安装有发动机10，发动机10的进气口7位于驾驶舱8的侧后端，呈倒八字分布。

一些实施例中，一对平尾9沿水平方向，对称分布在机身1的尾部两侧；一对垂尾11处于机身1的尾部上方，沿着机身轴线对称分布。

请继续参阅图5，本发明第一行星轮系结构为一对，分别设于第一传力轴32的两端。第一行星轮系结构包括：第一太阳轮33、第一行星轮34、内齿圈35、第一行星轮架36。其中，第一太阳轮33与第一传力轴32为同轴转动。

第一行星轮34介于第一太阳轮33和内齿圈35之间，啮合连接第一太阳轮33和内齿圈35；一些实施例中，第一行星轮34可以为四个，等距设于第一太阳轮33的圆周，并通过第一行星轮架36支撑连接。第一行星轮架36安装在第一舱筒31上。

本发明的第一电机为步进电机，通过步进电机驱动第一传力轴32转动，带动第一太阳轮33转动，使第一行星轮34围绕第一太阳轮33转动的同时，也围绕自身齿轮轴线转动传递动力，进而带动内齿圈35转动，使与内齿圈35相连的中翼4绕第一传力轴32转动。

本发明充分利用步进电机的精准控制特性提高内转轴机构30转动角度的精准度，可使中翼4相对内翼2绕第一传力轴32进行顺、逆时针匀速转动折叠直至极限角度105°。

请继续参阅图6，本发明第二行星轮系结构为一对，分别设于第二传力轴52的两端。第二行星轮系结构包括：第二太阳轮53、第二行星轮54、外齿圈55、第二行星轮架56。其中，第二太阳轮53与第二传力轴52为同轴转动。

第二行星轮54介于第二太阳轮53和外齿圈55之间，啮合连接第二太阳轮53和外齿圈55；一些实施例中，第二行星轮54可以为四个，等距设于第二太阳轮53的圆周，并通过第二行星轮架56支撑连接。第二行星轮架56安装在第二舱筒51上。

本发明的第二电机为步进电机，通过步进电机驱动第二传力轴52转动，带动第二太阳轮53转动，使第二行星轮54围绕第二太阳轮53转动的同时，也围绕自身齿轮轴线转动传递动力，进而带动外齿圈55转动，使与外齿圈55相连的外翼6绕第二传力轴52转动。

本发明充分利用步进电机的精准控制特性提高外转轴机构50转动角度的精准度，可使外翼6相对中翼4绕第二传力轴52进行顺、逆时针匀速转动折叠直至极限角度105°。

一些实施例中，考虑到内转轴机构30和外转轴机构50正反转的极限位置可能产生误操作，本发明在极限位置处添加了正转限位开关和反转限位开关。

如图7所示，本发明折叠三段翼尚未折叠时处于水平放置状态。当内转轴机构30向内完全折叠，外转轴机构50向外完全折叠后，飞行器两侧机翼呈z字形状态分布，形成一个对称翼型。由于折叠机翼进行折叠后，机翼翼展减小，弦长不变，所以翼展面积变小，展弦比随之变化，从而改变了飞行器气动外型，增加了飞行器的实用性能。

基于以上状态，对该z型折叠翼可变体飞行器飞行过程机翼变化状态描述如下：

s1.飞行器起飞时机翼完全展开，机翼面积达到最大，受风面积大；

s2.飞行器在飞行中进行机翼折叠动作，改变飞行器气动外形，使得展弦比变化，增强飞行器的飞行性能；

s3.飞行器的折叠机翼折叠至极限状态，呈现z字形；

s4.飞行器处于巡航状态，机翼完全展开，升阻比变大，对动力需求变小，增加飞行器工作时间；

s5.飞行器可针对飞行环境进行机翼折叠变化，增强飞行器的性能；

s6.飞行器结束飞行任务准备降落时，机翼处于完全展开状态。

综上所述，本发明的z型折叠翼可变体飞行器基于行星轮系结构实现了机翼的稳定变体，能够根据实际飞行环境，执行飞行任务的需求，改变飞行器结构外形，达到既具备较佳的超音速飞行性能，又具备高升阻比的亚音速飞行能力。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

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