一种适用于折叠变体机翼的折叠机构的制作方法

2021-02-14 17:02:09|

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本发明涉及一种适用于折叠变体机翼的折叠机构。

背景技术：

对于传统飞行器而言，同时具有优秀的低速飞行性能和高速飞行性能是难以实现的。高速飞机的工作环境动压大，因此不需要很大的机翼面积和机翼厚度便能维持飞行。为了降低阻力，高速飞机通常拥有较小展弦比，较低的机翼厚度，并且机翼前缘多为尖形，以减小激波阻力；而低速飞机工作环境动压小，为保证升力，需要比较大的展弦比和较机翼厚度的机翼，以此来保证飞机拥有较大的机翼面积以及较大的升力系数。

折叠翼变体飞机是通过折叠机翼而显著改变机翼的有效面积，有效浸润面积等机翼几何参数的变体飞机。展弦比，有效后掠角等机翼几何参数的改变会导致全机的升力系数，升阻比，垂直稳定性等气动特征的变化，从而改变飞行器的飞行包线，进而最终实现扩大飞行器飞行包线，增加飞行器的有效工作环境的目标。

折叠变体飞机的机翼分为三段，每两段机翼之间通过铰链连接，可以实现机翼的折叠运动。机翼折叠的作动器可以分为机械作动器、记忆合金作动器、压电作动器，其中机械作动器较为成熟，广泛运用于舰载机机翼的折叠机，但是这些机构的承力能力较差，而且与机翼结构的耦合严重，不利于机构的维修替换。

因此，需要开发一种适用于折叠变体飞行器的机翼折叠机构，驱动力矩低，结构紧凑，模块化，且易于与在现有飞行平台上改装，将现有的机型改装为折叠变体机型。最终实现折叠机翼的稳定可控的折叠变形的目的。

技术实现要素：

本发明针对折叠变体飞行器折叠机构的设计的难题，提供了一种适用于折叠变体机翼的折叠机构，安装维修简单、驱动扭矩低、不影响机体结构，且具有一定的通用性。

本发明所基于的主要考虑包括：

要求设计的基于行星齿轮系的折叠机构，可实现稳定连续的折叠功能；要求折叠机构具有一定的减速比，使机构驱动扭矩较小；要求能够实现多个折叠机构的并联工作，实现载荷的连续分布传力；要求折叠机构机械接口简单、安装方便，折叠机构可以对任何拥有适配机械接口的机翼进行改造。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于折叠变体机翼的折叠机构，其特征在于包括：

太阳轮轴、齿环、行星轮轴承、行星轮、铰链外壳、齿轮盒密封盖、行星架轴、铰链轴承、防油盖、行星架、太阳轮轴轴承、防尘盖，

其中：

铰链外壳、齿轮盒密封盖、行星架与铰链轴承属于一个铰链机构，该铰链机构提供了折叠机构的转动自由度，

行星轮轴承嵌套在行星轮中，行星架轴嵌套在行星轮轴承的内环中，保证行星轮绕行星架轴自由转动，

行星架轴的两端插入行星架的安装孔中，由螺栓垫片进行固定，以保证行星轮的轴线、行星架轴的轴线和行星架绕铰链轴承的轴线的转动角速度相同，

齿环和铰链外壳之间通过键与键槽固定，保证齿环和铰链外壳相对静止，

太阳轮轴的两端穿过太阳轮轴轴承内环，太阳轮轴轴承嵌入行星架中心的安装孔中，保证太阳轮轴的轴线与铰链轴线重合，

齿轮盒密封盖嵌入铰链外壳中并通过螺栓固定，齿轮盒密封盖底部有一圈凹槽安装橡胶密封圈，

防尘盖与防油盖通过螺栓固定在行星架上，

防尘盖夹住太阳轮轴轴承，太阳轮轴轴承夹住太阳轮轴的轴肩，实现太阳轮轴的轴向定位，

铰链外壳与折叠变体机翼的固定翼段连接，

行星架与折叠变体机翼的折叠翼段连接，

在固定翼段中布置有电机，

当电机带动太阳轮轴转动时，通过包括太阳轮轴、齿环和行星轮的行星轮系的传递，带动行星架转动，从而带动折叠翼段相对于固定翼段转动，

行星轮系使得带动折叠翼段所需要的力矩由太阳轮轴的输入扭矩与固定翼段结构的支反力矩提供，该输入扭矩与支反力矩所提供的力矩同向。

本发明的优点和有益效果包括：

1)折叠机构中的齿轮系布置在铰链的空腔中，使得整个折叠机构更为紧凑、节省空间，便于布置；

2)机构中的行星齿轮系提供较大减速比，降低了折叠机构的驱动扭矩，即降低了电机的功率需求，进而降低电机的重量与尺寸；

3)折叠机构可以并联布置，通过多个折叠机构单元的联轴可以加长折叠机构的长度，或以任意方式排列来适应不同的机翼结构。；

4)折叠机构与机翼结构之间连接通过机构和机翼结构末端的耳片螺栓连接，连接方式简单，并且且折叠机构需求的安装空间只在折叠位置，和机翼没有干涉，易于折叠机构的安装、替换与维修。

5)折叠机构的外壳具有承力能力，机翼折叠处的蒙皮以及其支撑结构可以直接布置在折叠机构外壳上，无需附加的支撑结构。

本发明的主要应用对象包括折叠变体飞机机翼折叠机构，也可用于舰载机机翼折叠机构。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的折叠机构外部示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的折叠机构内部行星齿轮系示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的折叠机构部分结构的剖视图。

图4是根据本发明的一个实施例的并联布置的离散布置方案的联接示意图。

图5是根据本发明的一个实施例的并联布置的连续布置方案的联接示意图。

图6是根据本发明的一个实施例的折叠机构的混合布置方案的示意图。

图7是根据本发明的一个实施例的折叠机构单元实物的图片。

图8是根据本发明的一个实施例的折叠机构驱动测试示意图片。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施的技术方案。

如图1至图3所示，根据本发明的一个实施例的其特征在于折叠机构包括：

太阳轮轴(1)、齿环(2)、行星轮轴承(3)、行星轮(4)、铰链外壳(5)、齿轮盒密封盖(6)、行星架轴(7)、铰链轴承(8)、防油盖(9)、行星架(10)、太阳轮轴轴承(11)、防尘盖(12)，

其中：

铰链外壳(5)、齿轮盒密封盖(6)、行星架(10)与铰链轴承(8)属于一个铰链机构，该铰链机构提供了折叠机构的转动自由度。

折叠机构中各部件的安装关系如图3所示。行星轮轴承(3)嵌套在行星轮(4)中，行星架轴(7)嵌套在行星轮轴承(3)的内环中，保证行星轮(4)绕行星架轴(7)自由转动。行星轮轴两端插入行星架(10)的安装孔(21)中，由螺栓垫片(未显示)进行固定。此安装关系保证行星轮(4)的轴线、行星架轴(7)的轴线和行星架(10)绕铰链轴承(8)的轴线的转动角速度相同。

齿环(2)和铰链外壳(5)之间通过键与键槽固定，保证齿环(2)和铰链外壳(5)相对静止。

太阳轮轴(1)两端穿过太阳轮轴轴承(11)内环，太阳轮轴轴承(11)嵌入行星架(10)中心的安装孔中，保证太阳轮轴(1)的轴线与铰链轴线重合。

齿轮盒密封盖(6)嵌入铰链外壳(5)中并通过螺栓固定，齿轮盒密封盖(6)底部有一圈凹槽安装橡胶密封圈。防尘盖(12)与防油盖(9)通过螺栓固定在行星架(10)上，防尘盖(12)、防油盖(9)以及齿轮盒密封盖(6)的中心孔孔壁均开梯形槽，梯形槽中可以布置毛毡等密封材料。

折叠机构和机翼之间的连接关系如图6所示，铰链外壳(5)与固定翼段(23)连接，行星架(10)与折叠翼段(24)连接。电机布置在固定翼段(23)中。当电机带动太阳轮轴(1)转动时，通过行星轮系的传递，带动行星架(10)转动，即折叠翼段(24)相对于固定翼段(23)转动。由行星轮系的特点，折叠机构带动折叠翼段(24)所需要的力矩由太阳轮轴(1)的输入扭矩与固定翼段(23)结构的支反力矩提供。两者提供的力矩同向，两者提供的力矩的大小和齿环(2)、行星轮(4)、太阳轮轴(1)三个零件的齿数比有关。

多个折叠机构并联使用时，每个折叠机构的位置已经根据固定翼段(23)和折叠翼段(24)的位置和两翼段机械接口位置而确定，折叠机构的布置方式分为三种情况：

1.折叠机构离散布置，连接方式如图4所示。每两个折叠机构之间不相邻，两个折叠机构之间的太阳轮轴(1)通过一根转动轴(16)和带有内齿的外套筒(13)联轴，实现动力串联；

2.折叠机构连续布置，每两个折叠机构相邻，连接方式如图5所示。两个折叠机构的太阳轮轴(1)通过带有内齿的外套筒(13)直接联接，两个折叠机构的行星架(10)可以通过连接孔(22)栓接；

3.折叠机构混合布置。多个折叠机构连续布置组成一个折叠机构组，折叠机构组之间离散布置，连接方式见图6：三个折叠机构单元连续布置组成折叠机构组，两个折叠机构组之间通过传动轴(16)联接后形成完整的折叠机构。

实例：某项目的折叠变体机翼模型样件设计

本实例中，折叠机构的布置方式采用混合布置，每三个折叠机构组成一个折叠机构组，两个折叠机构组之间通过外套筒(13)和传动轴(16)联接。布置在翼段内部结构的电机(15)通过锥齿轮换向器(14)将输出扭矩传递到折叠机构上，实现折叠机构组的旋转动作。折叠机构组最外侧的折叠机构的外侧行星架(10)与锥齿轮换向器(14)的壳体通过行星架(10)底部周向布置的安装孔栓接。

图7显示了根据本发明的一个实施例的折叠机构的实物模型及其静力实验台的照片，图8显示了根据本发明的一个实施例的折叠机演示模型的照片。

经地面测试，折叠机构在电机驱动以及换向器传动条件下可以实现±130°的折叠动作并有较大的折叠力矩。

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