自驅(qū)動智能全動空氣舵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種自驅(qū)動智能全動空氣舵，包括驅(qū)動機構(gòu)與連接機構(gòu)。其中，驅(qū)動機構(gòu)采用X型驅(qū)動機構(gòu)，通過兩個作動器輸出端伸長或縮短L，使驅(qū)動機構(gòu)的輸出端產(chǎn)生比L大許多的位移。驅(qū)動機構(gòu)通過連接機構(gòu)安裝在空氣舵內(nèi)；主軸安裝在空氣舵內(nèi)；驅(qū)動力臂固定安裝于主軸上；舵面加強筋固定安裝在空氣舵內(nèi)；驅(qū)動機構(gòu)的固定端、輸出端分別通過球鉸安裝在驅(qū)動力臂與舵面加強筋上。當驅(qū)動機構(gòu)輸出端運動時，會推動舵面加強筋，進而帶動舵面繞主軸轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的優(yōu)點為：可解決傳統(tǒng)復(fù)合式舵面操縱機構(gòu)所遇到機構(gòu)之間互相影響的問題，從而改善飛行器的操縱性和穩(wěn)定性；且響應(yīng)快、精度高、重量輕、體積小等優(yōu)點。
【專利說明】自驅(qū)動智能全動空氣舵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能材料驅(qū)動的全動空氣舵，可用于導彈及高超飛行器的飛行姿態(tài)、飛行軌道控制。
【背景技術(shù)】
[0002]全動舵是指一種置在飛行器外部，由舵機帶動作整體偏轉(zhuǎn)運動的舵面，產(chǎn)生對飛行器的控制力和力矩。全動空氣舵的引入可改善飛行器控制的穩(wěn)定性，但同時使得飛行器重量增大，故一般局限于低空飛行的戰(zhàn)術(shù)近程導彈上使用。
[0003]傳統(tǒng)的操縱機構(gòu)按其驅(qū)動動力源可以分為氣壓、液壓、燃氣、電傳等形式。該系列的驅(qū)動機構(gòu)具有驅(qū)動功率大，驅(qū)動穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，但其自身重量較大，置于導彈或高超飛行器體內(nèi)，會極大增加機體的重量，這就會導致有效載重(導彈作戰(zhàn)部)的損失。
[0004]按運動方式操縱機構(gòu)可分為同動機構(gòu)、差動機構(gòu)、復(fù)合操縱機構(gòu)(即兼有同動、差動功能)三種。對于安裝了兩對舵-副翼復(fù)合操縱機構(gòu)的飛行器來說，通常要求其操縱系統(tǒng)具有相對的獨立性，即要求機構(gòu)能同向(起舵的作用)與反向(起副翼的作用)各自獨立作用，互不干擾。傳統(tǒng)的舵-副翼操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力不好，占用空間大，重量較大，加工精度要求高，對其更廣泛的應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出一種自驅(qū)動智能全動空氣舵，采用基于智能材料的內(nèi)置式舵機驅(qū)動舵面轉(zhuǎn)動，包括驅(qū)動機構(gòu)，以及由主軸、驅(qū)動力臂、舵面加強筋、兩個軸承座、兩個球鉸構(gòu)成的連接機構(gòu)。
[0006]其中，驅(qū)動機構(gòu)采用X型驅(qū)動機構(gòu)，包括內(nèi)框架、外框架、作動器A、作動器B、轉(zhuǎn)接推桿A、轉(zhuǎn)接推桿B、鉸鏈、轉(zhuǎn)接頭A和轉(zhuǎn)接頭B。其中，內(nèi)框架與外框架均包括左側(cè)板、右側(cè)板以及頂端的連接塊三個部分；內(nèi)框架與外框架中左側(cè)板與右側(cè)板底端間分別通過鉸鏈左端與右端相連。上述結(jié)構(gòu)中，需使內(nèi)框架中左側(cè)板與右側(cè)板均位于外框架中左側(cè)板與右側(cè)板間，且分別與外框架中左側(cè)板與右側(cè)板間存在間隙。作動器A與作動器B均位于內(nèi)框架中左側(cè)板和右側(cè)板間，且相互平行設(shè)置。作動器A的固定端端部通過轉(zhuǎn)接頭A與外框架頂端固連，輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈右端相連；作動器B的固定端端部通過轉(zhuǎn)接頭B與外框架頂端固連，輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿B與鉸鏈左端相連。上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)中，作動器A與作動器B作為整個全動空氣舵的動力源，施加相應(yīng)物理場時，作動器A與作動器B會產(chǎn)生相應(yīng)位移。在作動器A、作動器B的輸出端產(chǎn)生位移時，會使鉸鏈中間柔性削弱部分發(fā)生變形，進而帶動內(nèi)外框架頂端產(chǎn)生放大的位移；根據(jù)本發(fā)明中作動器A和作動器B的輸出端與鉸鏈左端和右端的連接方式，在作動器A與作動器B的輸出端同時伸長或縮短時，會使鉸鏈兩端內(nèi)側(cè)升高或降低，進而使內(nèi)框架與外框架的頂端同時相對或相反移動，驅(qū)動機構(gòu)對外產(chǎn)生拉力或推力。由此可見，將驅(qū)動機構(gòu)中內(nèi)框架或外框架頂端分別作為固定端和輸出端時，當驅(qū)動機構(gòu)中作動器A與作動器B的輸出端同時伸長或縮短位移L時,會使輸出端輸出的位移比L大許多，實現(xiàn)了輸出位移的放大。
[0007]上述驅(qū)動機構(gòu)通過連接機構(gòu)安裝在空氣舵內(nèi)部，具體連接方式為:
[0008]連接機構(gòu)中，主軸的一端通過軸承安裝在位于空氣舵舵面之間根部位置的軸承座上，并由此端與飛行器機體固定連接；主軸另一端通過軸承安裝在位于空氣舵舵面之間頂部位置的軸承座上。所述驅(qū)動力臂一側(cè)固定安裝于主軸側(cè)壁安裝面上。舵面加強筋固定于空氣舵兩片舵面之間，起增加空氣舵強度、剛度作用，同時，為驅(qū)動機構(gòu)安裝提供附著。兩個球鉸分別為球鉸A與球鉸B ;其中，球鉸A的一端固定安裝在驅(qū)動機構(gòu)中內(nèi)框架頂端，另一端固定安裝于舵面加強筋上；球鉸B —端固定安裝在驅(qū)動機構(gòu)中外框架頂端，另一端固定安裝于驅(qū)動力臂上；使驅(qū)動機構(gòu)中與驅(qū)動力臂相連的一端作為固定端，與舵面加強筋固定的一端作為位移輸出端。當驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)框架與外框架的頂端相對移動或反向移動時，驅(qū)動機構(gòu)的位移輸出端會推動舵面加強筋，產(chǎn)生力矩，驅(qū)動舵面繞主軸轉(zhuǎn)動。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點為:[0010]1、本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵，相比傳統(tǒng)全動舵的液壓電傳的驅(qū)動方式，智能結(jié)構(gòu)驅(qū)動形式具有響應(yīng)快、精度高、重量輕、體積小等優(yōu)點；
[0011]2、本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵，舵面內(nèi)置的智能驅(qū)動機構(gòu)具有完全的運動獨立性，即每片舵面的運動完全不影響其他舵面，基本可以完全解決傳統(tǒng)復(fù)合式舵面操縱機構(gòu)所遇到機構(gòu)之間互相影響的問題，從而改善飛行器的操縱性和穩(wěn)定性；
[0012]3、本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵，主軸與機體固定連接，交變扭矩由智能材料在交變外加物理場下的形變所承擔，可以提高整個驅(qū)動機構(gòu)的可靠性；
[0013]4、本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵，可節(jié)約飛行器內(nèi)部空間，從而減輕飛行器重量，進而提升空氣舵的應(yīng)用范圍，提升飛行器的飛行品質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵中驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)爆炸圖；
[0016]圖3為本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵中驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵整體結(jié)構(gòu)爆炸圖。
[0018]圖中:
[0019]1-驅(qū)動機構(gòu)101-內(nèi)框架 102-內(nèi)框架 103-內(nèi)框架頂端
[0020]104-外框架頂端105-作動器A 106-作動器B 107-轉(zhuǎn)接推桿A
[0021]108-轉(zhuǎn)接推桿B 109-鉸鏈110-轉(zhuǎn)接頭A 111-轉(zhuǎn)接頭B
[0022]201-主軸202-驅(qū)動力臂 203-舵面加強筋204a_轉(zhuǎn)接片A
[0023]204b-轉(zhuǎn)接片B 205a-根部軸承座205b_頂部軸承座206a_球鉸A
[0024]206b-球鉸 B
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0026]本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵，包括驅(qū)動機構(gòu)1，以及由主軸201、驅(qū)動力臂202、舵面加強筋203、兩個轉(zhuǎn)接片204、兩個軸承座205、兩個球鉸206構(gòu)成的連接機構(gòu)，如圖1所/Jn ο
[0027]其中，驅(qū)動機構(gòu)I采用X型驅(qū)動機構(gòu)，包括內(nèi)框架101、外框架102、作動器A105、作動器B106、轉(zhuǎn)接推桿A107、轉(zhuǎn)接推桿B108、鉸鏈109、轉(zhuǎn)接頭BllO和轉(zhuǎn)接頭A111，如圖2所示。其中，內(nèi)框架101與外框架102均為一體結(jié)構(gòu)框架，使用線切割加工成型，包括左側(cè)板、右側(cè)板以及頂端的連接塊三個部分；內(nèi)框架中101與外框架102中，左側(cè)板與右側(cè)板底端間分別通過鉸鏈左端與右端端相連。上述結(jié)構(gòu)中，需使內(nèi)框架101中左側(cè)板與右側(cè)板均位于外框架102中左側(cè)板與右側(cè)板間，且分別與外框架102中左側(cè)板與右側(cè)板間存在間隙。所述作動器A105與作動器B106可使用智能材料作動器(壓電材料、磁致伸縮材料)。作動器A105與作動器B106均位于內(nèi)框架101中左側(cè)板和右側(cè)板間，且相互平行設(shè)置。作動器A105的固定端端部通過轉(zhuǎn)接頭AllO與外框架頂端103固連,輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿A107與鉸鏈109右端相連；作動器B106的固定端端部通過轉(zhuǎn)接頭Blll與外框架頂端104固連，輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿B108與鉸鏈109左端相連。上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)I中，作動器A105與作動器B106作為整個全動空氣舵的動力源，施加相應(yīng)物理場時，作動器A105與作動器B106會產(chǎn)生相應(yīng)位移。在作動器A105、作動器B106的輸出端產(chǎn)生位移時，會使鉸鏈109中間柔性削弱部分發(fā)生變形,進而,帶動內(nèi)外框架頂端產(chǎn)生放大的位移。根據(jù)本發(fā)明中作動器A105和作動器B106的輸出端與鉸鏈109左端和右端的連接方式，在作動器A105與作動器B106的輸出端同時伸長(縮短)時，會使鉸鏈109兩端內(nèi)側(cè)升高或降低，進而使內(nèi)框架101與外框架102的頂端同時相對或相反移動，驅(qū)動機構(gòu)I對外產(chǎn)生拉力或推力。由此可見，將驅(qū)動機構(gòu)中內(nèi)框架或外框架頂端分別作為固定端和輸出端時，當驅(qū)動機構(gòu)中作動器A與作動器B的輸出端同時伸長或縮短位移L時，會使輸出端輸出的位移比L大許多，實現(xiàn)了輸出位移的放大。
[0028]所述作動器A的輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈右端相連；作動器B的輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿B與鉸鏈左端相連；所述轉(zhuǎn)接推桿A與作動器A輸出端的連接，以及轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈左端的連接位置均與轉(zhuǎn)接推桿A偏心，且位于異側(cè)；同樣，轉(zhuǎn)接推桿B與作動器B輸出端的連接處以及鉸鏈右端的連接處均與轉(zhuǎn)接推桿A偏心，且位于異側(cè)；且轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈左端的連接處靠近轉(zhuǎn)接推桿B與鉸鏈右端的連接處。若作動器A105與作動器B106采用壓電作動器時，轉(zhuǎn)接推桿A107與轉(zhuǎn)接推桿B108上下兩螺紋孔偏心量過大會使壓電作動器中的壓電疊堆承受彎矩增大，壓電作動器破壞的可能性也隨之增大。因此要妥善設(shè)計該偏心量。
[0029]本發(fā)明中，將上述驅(qū)動機構(gòu)I的內(nèi)框架101、外框架102中的左側(cè)板與右側(cè)板的頂端側(cè)邊與底端側(cè)邊分別向同側(cè)傾斜，且相互平行，形成菱形結(jié)構(gòu)；且內(nèi)框架101中左側(cè)板、右側(cè)板的頂端與底端側(cè)邊，分別與外框架102中的左側(cè)板、右側(cè)板的頂端與底端側(cè)邊相交，使驅(qū)動機構(gòu)I具有更大的輸出剛度。
[0030]上述驅(qū)動機構(gòu)I通過連接機構(gòu)安裝在空氣舵內(nèi)部，具體連接方式為:
[0031]連接機構(gòu)中，主軸201的固定端通過軸承安裝在位于空氣舵舵面之間根部位置的根部軸承座205a上；且穿過軸承座205，與機體相連接，實現(xiàn)空氣舵與機體間的連接。主軸201另一端通過軸承安裝在位于空氣舵舵面之間頂部位置的頂部軸承座205b上。所述驅(qū)動力臂202為板狀結(jié)構(gòu)，一側(cè)固定安裝于主軸201側(cè)壁上設(shè)計的安裝面上，位置靠近根部軸承座205a。兩個球鉸206均采用WJl型球鉸，且兩個球鉸206同軸設(shè)置；其中，球鉸A206a的一端通過轉(zhuǎn)接片A204a固定安裝在驅(qū)動機構(gòu)I中內(nèi)框架101的頂端103,另一端安裝于舵面加強筋203上，舵面加強筋203固定于空氣舵舵面之間。球鉸B206b —端通過轉(zhuǎn)接片B204b固定安裝在驅(qū)動機構(gòu)I中外框架102的頂端104，另一端固定安裝于驅(qū)動力臂202上，且在驅(qū)動力臂的投影位于主軸201在驅(qū)動力臂202上的投影軸線外；從而形成本發(fā)明自驅(qū)動智能全動空氣舵。通過上述連接使:使驅(qū)動機構(gòu)I中與舵面加強筋203相連的一端作為輸出端，與驅(qū)動力臂202固定的一端作為固定端；由此，當驅(qū)動機構(gòu)I內(nèi)框架101與外框架102的頂端相對移動或反向移動時，驅(qū)動機構(gòu)I的輸出端會推動舵面加強筋203，產(chǎn)生力矩帶動舵面繞主軸轉(zhuǎn)動。
【權(quán)利要求】
1.自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:包括驅(qū)動機構(gòu)，以及由主軸、驅(qū)動力臂、舵面加強筋、兩個軸承座、兩個球鉸構(gòu)成的連接機構(gòu)； 其中，驅(qū)動機構(gòu)采用X型驅(qū)動機構(gòu)，包括內(nèi)框架、外框架、作動器A、作動器B、轉(zhuǎn)接推桿A、轉(zhuǎn)接推桿B、鉸鏈、轉(zhuǎn)接頭B和轉(zhuǎn)接頭A ;其中，內(nèi)框架與外框架均包括左側(cè)板、右側(cè)板以及頂端的連接塊三個部分；內(nèi)框架與外框架中左側(cè)板與右側(cè)板底端間分別通過鉸鏈左杜端與右端相連；上述結(jié)構(gòu)中，需使內(nèi)框架中左側(cè)板與右側(cè)板均位于外框架中左側(cè)板與右側(cè)板間，且分別與外框架中左側(cè)板與右側(cè)板間存在間隙；所述作動器A與作動器B均位于內(nèi)框架中左側(cè)板和右側(cè)板間，且相互平行設(shè)置；作動器A的固定端端部通過轉(zhuǎn)接頭A與外框架頂端固連，輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈右端相連；作動器B的固定端端部通過轉(zhuǎn)接頭B與外框架頂端固連，輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿B與鉸鏈左端相連；上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)中，在作動器A與作動器B的輸出端同時伸長或縮短時，會使鉸鏈兩端內(nèi)側(cè)升高或降低，進而使內(nèi)框架與外框架的頂端同時相對相反移動，驅(qū)動機構(gòu)對外產(chǎn)生拉力或推力； 上述驅(qū)動機構(gòu)通過連接機構(gòu)安裝在空氣舵內(nèi)部，具體連接方式為: 連接機構(gòu)中，主軸的一端通過軸承安裝在位于空氣舵舵面之間根部位置的軸承座上，并由此端與飛行器機體固定連接；主軸另一端通過軸承安裝在位于空氣舵舵面之間頂部位置的軸承座上；所述驅(qū)動力臂一側(cè)固定安裝于主軸側(cè)壁安裝面上；舵面加強筋固定于空氣舵兩片舵面之間，起增加空氣舵強度、剛度作用，同時，為驅(qū)動機構(gòu)安裝提供附著；兩個球鉸分別為球鉸A與球鉸B ;其中，球鉸A的一端固定安裝在驅(qū)動機構(gòu)中內(nèi)框架頂端，另一端固定安裝于舵面加強筋上；球鉸B —端固定安裝在驅(qū)動機構(gòu)中外框架頂端，另一端固定安裝于驅(qū)動力臂上；使驅(qū)動機構(gòu)中與驅(qū)動力臂相連的一端作為固定端，與舵面加強筋固定的一端作為位移輸出端；當驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)框架與外框架的頂端相對移動或反向移動時，驅(qū)動機構(gòu)的位移輸出端會推動舵面加強筋，產(chǎn)生力矩，驅(qū)動舵面繞主軸轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:所述作動器A的輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈右端相連；作動器B的輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿B與鉸鏈左端相連；所述轉(zhuǎn)接推桿A與作動器A輸出端的連接，以及轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈左端的連接位置均與轉(zhuǎn)接推桿A偏心，且位于異側(cè)；同樣，轉(zhuǎn)接推桿B與作動器B輸出端的連接處以及鉸鏈右端的連接處均與轉(zhuǎn)接推桿A偏心，且位于異側(cè)；且轉(zhuǎn)接推桿A與鉸鏈左端的連接處靠近轉(zhuǎn)接推桿B與鉸鏈右端的連接處。
3.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:所述驅(qū)動機構(gòu)的內(nèi)框架、外框架中的左側(cè)板與右側(cè)板的頂端側(cè)邊與底端側(cè)邊分別向同側(cè)傾斜，且相互平行，形成菱形結(jié)構(gòu)；且內(nèi)框架中左側(cè)板、右側(cè)板的頂端與底端側(cè)邊，分別與外框架中的左側(cè)板、右側(cè)板的頂端與底端側(cè)邊相交。
4.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:所述作動器A與作動器B采用智能材料作動器。
5.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:所述驅(qū)動力臂位置靠近根部的軸承座。
6.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:球鉸采用WJl型球鉸。
7.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:所述兩個球鉸同軸設(shè)置。
8.如權(quán)要求I所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于:所述球鉸B與驅(qū)動力臂的連接處位于主 軸在驅(qū)動力臂上的投影軸線外。
【文檔編號】B64C9/02GK103935507SQ201410136447
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】王浩然, 李琳, 李超 申請人:北京航空航天大學