自驅(qū)動智能全動空氣舵的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種自驅(qū)動智能全動空氣舵，包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)與連接機(jī)構(gòu)。其中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用X型驅(qū)動機(jī)構(gòu)，通過兩個智能材料作動器輸出端伸長或縮短L，使驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出端產(chǎn)生比L大許多倍的輸出位移。驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過連接機(jī)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(qiáng)筋固定安裝在空氣舵內(nèi)；驅(qū)動機(jī)構(gòu)的固定端、遠(yuǎn)軸端分別通過柔性鉸鏈安裝在驅(qū)動力臂與舵面加強(qiáng)筋上。當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)輸出端運(yùn)動時，會拖動舵面加強(qiáng)筋，進(jìn)而帶動舵面繞主軸轉(zhuǎn)動。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為：可解決傳統(tǒng)復(fù)合式舵面操縱機(jī)構(gòu)所遇到機(jī)構(gòu)之間互相影響、干涉的問題，從而改善飛行器的操縱性和穩(wěn)定性；且具有響應(yīng)快、精度高、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種智能材料驅(qū)動的全動空氣舵，可用于導(dǎo)彈及高超飛行器的飛 行姿態(tài)、軌道控制。 自驅(qū)動智能全動空氣舵

【背景技術(shù)】
[0002] 全動舵是指一種置在飛行器外部，由舵機(jī)帶動作整體偏轉(zhuǎn)運(yùn)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(dǎo)彈上使用。
[0003] 傳統(tǒng)的操縱機(jī)構(gòu)按其驅(qū)動動力源可以分為氣壓、液壓、燃?xì)?、電傳等形式。該系?的驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有驅(qū)動功率大，驅(qū)動穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其自身重量較大，置于導(dǎo)彈或高超飛 行器體內(nèi)，會極大增加機(jī)體的重量，這就會導(dǎo)致有效載重（導(dǎo)彈作戰(zhàn)部）的損失。
[0004] 按運(yùn)動方式操縱機(jī)構(gòu)可分為同動機(jī)構(gòu)、差動機(jī)構(gòu)、復(fù)合操縱機(jī)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(jī)構(gòu)的飛行器來說，通常要求其操縱系 統(tǒng)具有相對的獨(dú)立性，即要求機(jī)構(gòu)能同向（起舵的作用）與反向（起副翼的作用）各自獨(dú) 立作用，互不干擾。傳統(tǒng)的舵-副翼操縱機(jī)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)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 針對上述問題，本實(shí)用新型提出一種自驅(qū)動智能全動空氣舵，采用基于智能材料 的內(nèi)置式舵機(jī)驅(qū)動舵面轉(zhuǎn)動，包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及連接機(jī)構(gòu)。
[0006] 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括內(nèi)框架、外框架、作動器A、作動器B、柔性轉(zhuǎn)接推桿A、柔性轉(zhuǎn)接 推桿B、框架間柔性鉸鏈、柔性轉(zhuǎn)接頭B和柔性轉(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 過框架間柔性鉸鏈左端與右端端相連。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使用智能材料作動器。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。作動器A的固定端端部通過柔性轉(zhuǎn)接頭A與外框架頂端固連，輸出端通過柔性轉(zhuǎn)接推 桿A與框架間柔性鉸鏈右端相連；作動器B的固定端端部通過柔性轉(zhuǎn)接頭B與外框架頂端 固連，輸出端通過柔性轉(zhuǎn)接推桿B與框架間柔性鉸鏈左端相連。
[0007] 上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)1通過連接機(jī)構(gòu)安裝在空氣舵內(nèi)部；所述連接機(jī)構(gòu)由主軸、驅(qū)動力 臂、舵面加強(qiáng)筋、兩個軸承座、固定端柔性鉸鏈與遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈構(gòu)成；連接機(jī)構(gòu)中，主軸的 固定端通過軸承安裝在空氣舵舵面之間根部位置的根部軸承座上；且穿過軸承座，與機(jī)體 相連接；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頂部軸承座上；所述 驅(qū)動力臂一側(cè)固定安裝于主軸側(cè)壁上設(shè)計(jì)的安裝面上，位置靠近根部軸承座；固定端柔性 鉸鏈、遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈同軸設(shè)置；其中，遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈的一端固定安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中內(nèi)框 架的頂端，另一端安裝于舵面加強(qiáng)筋上，舵面加強(qiáng)筋固定于空氣舵舵面之間；固定端柔性鉸 鏈一端固定安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中外框架的頂端，另一端固定安裝于驅(qū)動力臂上。
[0008] 實(shí)用新型本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為：
[0009] 1、本實(shí)用新型自驅(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(diǎn)；
[0010] 2、本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵，通過柔性鉸鏈實(shí)現(xiàn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)與連接機(jī)構(gòu)以 及舵面間的連接，有效從提高了驅(qū)動精度，減小了安裝間隙；
[0011] 3、本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵，驅(qū)動機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)接頭與轉(zhuǎn)接推桿均具有柔性 切口，通過減小機(jī)構(gòu)內(nèi)部彎曲剛度進(jìn)一步增加機(jī)構(gòu)的輸出位移，同時減小壓電疊堆所受到 的彎矩；
[0012] 4、本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵，舵面內(nèi)置的智能驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有完全的運(yùn)動 獨(dú)立性，即每片舵的運(yùn)動完全不影響其他舵，基本可以完全解決傳統(tǒng)復(fù)合式舵面操縱機(jī)構(gòu) 所遇到機(jī)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；
[0013] 5、本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵，主軸與機(jī)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(dān)，可以提高整個驅(qū)動機(jī)構(gòu)的可靠性；
[0014] 6、本實(shí)用新型自驅(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(jìn)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】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵中驅(qū)動機(jī)構(gòu)爆炸圖；
[0017] 圖3為本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵中驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖4為本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵整體結(jié)構(gòu)爆炸圖。
[0019] 圖中：
[0020] 1-驅(qū)動機(jī)構(gòu) 101-內(nèi)框架 102-外框架
[0021] 103-內(nèi)框架頂端 104-外框架頂端 105-作動器A
[0022] 106-作動器B 107-柔性轉(zhuǎn)接推桿A 1〇8_柔性轉(zhuǎn)接推桿B
[0023] 109-框架間柔性鉸鏈110-柔性轉(zhuǎn)接頭A 111_柔性轉(zhuǎn)接頭B
[0024] 201-主軸 202-驅(qū)動力臂 203-舵面加強(qiáng)筋
[0025] 204a-轉(zhuǎn)接片A 204b_轉(zhuǎn)接片B 205a_根部軸承座
[0026] 205b-頂部軸承座 206a-遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈 206b_固定端柔性鉸鏈

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0028] 本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵，包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)1以及連接機(jī)構(gòu)2,如圖1所示。
[0029] 其中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)1采用X型驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括內(nèi)框架101、外框架102、作動器A105、作 動器B106、柔性轉(zhuǎn)接推桿A107、柔性轉(zhuǎn)接推桿B108、框架間柔性鉸鏈109、柔性轉(zhuǎn)接頭B110 和柔性轉(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)板底端間分別通過框架間柔性鉸鏈109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的固定端端部通過柔性轉(zhuǎn)接頭A110與 外框架頂端103固連，輸出端通過轉(zhuǎn)柔性接推桿A107與框架間柔性鉸鏈109右端相連；作 動器B106的固定端端部通過柔性轉(zhuǎn)接頭Bill與外框架頂端104固連，輸出端通過柔性轉(zhuǎn) 接推桿B108與框架間柔性鉸鏈109左端相連。上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動機(jī)構(gòu)1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，會使框架間柔性鉸鏈 109中間柔性削弱部分發(fā)生變形，進(jìn)而，帶動內(nèi)外框架頂端產(chǎn)生放大的位移。根據(jù)本實(shí)用新 型中作動器A105和作動器B106的輸出端與框架間柔性鉸鏈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，會使框架間柔性鉸鏈109兩 端內(nèi)側(cè)升高或降低，進(jìn)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(jī)構(gòu) 1對外產(chǎn)生拉力或推力。由此可見，將驅(qū)動機(jī)構(gòu)1中內(nèi)框架101或外框架102頂端分別作為 固定端和輸出端時，當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)中作動器A105與作動器B106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(shí)現(xiàn)了輸出位移的放大。
[0030] 所述作動器A105的輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿A107與驅(qū)動機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈109右端相 連；作動器B106的輸出端通過轉(zhuǎn)接推桿B108與驅(qū)動機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈109左端相連；所述轉(zhuǎn)接 推桿A107與作動器A105輸出端的連接，以及轉(zhuǎn)接推桿A107與驅(qū)動機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈109左端 的連接位置均與轉(zhuǎn)接推桿A107偏心，且位于異側(cè)；同樣，轉(zhuǎn)接推桿B108與作動器B106輸出 端的連接處以及框架間柔性鉸鏈109右端的連接處均與柔性轉(zhuǎn)接推桿A107偏心，且位于異 偵h且柔性轉(zhuǎn)接推桿A107與驅(qū)動機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈109左端的連接處靠近轉(zhuǎn)接推桿B108與驅(qū) 動機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈109右端的連接處。若作動器A105與作動器B106采用壓電作動器時，柔 性轉(zhuǎn)接推桿A107與柔性轉(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(jì)該偏心量。
[0031] 本實(shí)用新型中，柔性轉(zhuǎn)接頭A110、柔性轉(zhuǎn)接頭Bill、柔性轉(zhuǎn)接推桿A107與柔性轉(zhuǎn) 接推桿B108為外壁周向上切削有η條圓錐曲線切口柱體，η > 1 ;可減小X型驅(qū)動機(jī)構(gòu)1內(nèi) 部彎曲剛度，進(jìn)一步增加 X型驅(qū)動機(jī)構(gòu)1的輸出位移，同時減小壓電疊堆所受到的彎矩。
[0032] 本實(shí)用新型中，將上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)1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(jī)構(gòu)1具有更大的輸出剛度。
[0033] 上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)1通過連接機(jī)構(gòu)2安裝在空氣舵內(nèi)部。所述連接機(jī)構(gòu)2由主軸201、 驅(qū)動力臂202、舵面加強(qiáng)筋203、兩個轉(zhuǎn)接片204、兩個軸承座205、固定端柔性鉸鏈206a與 遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈206b構(gòu)成。連接機(jī)構(gòu)2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(jī)體相連接，實(shí)現(xiàn)空氣舵與 機(jī)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(jì)的安裝面 上，位置靠近根部軸承座205a。固定端柔性鉸鏈206a、遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈206b同軸設(shè)置；其 中，固定端柔性鉸鏈206a的一端通過轉(zhuǎn)接片A204a固定安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)1中內(nèi)框架101的 頂端103,另一端安裝于舵面加強(qiáng)筋203上，舵面加強(qiáng)筋203固定于空氣舵舵面之間。遠(yuǎn)軸 端柔性鉸鏈206b -端通過轉(zhuǎn)接片B204b固定安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)1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；從而形成本實(shí)用新型自驅(qū)動智能全動空氣舵。通過上述連接使：使驅(qū)動機(jī) 構(gòu)1中與舵面加強(qiáng)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(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)1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(jī)構(gòu)1的 輸出端會推動舵面加強(qiáng)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(jī)構(gòu)以及連接機(jī)構(gòu)； 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括內(nèi)框架、外框架、作動器A、作動器B、柔性轉(zhuǎn)接推桿A、柔性轉(zhuǎn)接推桿 B、框架間柔性鉸鏈、柔性轉(zhuǎn)接頭B和柔性轉(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)板底端間分別與框架 間柔性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；所述作動器A與作動 器B使用智能材料作動器；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；作動 器A的固定端端部通過柔性轉(zhuǎn)接頭A與外框架頂端固連，輸出端通過柔性轉(zhuǎn)接推桿A與框 架間柔性鉸鏈右端相連；作動器B的固定端端部通過柔性轉(zhuǎn)接頭B與外框架頂端固連，輸出 端通過柔性轉(zhuǎn)接推桿B與框架間柔性鉸鏈左端相連； 上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)1通過連接機(jī)構(gòu)安裝在空氣舵內(nèi)部；所述連接機(jī)構(gòu)由主軸、驅(qū)動力臂、舵 面加強(qiáng)筋、兩個軸承座、固定端柔性鉸鏈與遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈構(gòu)成；連接機(jī)構(gòu)中，主軸的固定 端通過軸承安裝在空氣舵舵面之間根部位置的根部軸承座上；且穿過軸承座，與機(jī)體相連 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頂部軸承座上；所述驅(qū)動 力臂一側(cè)固定安裝于主軸側(cè)壁上設(shè)計(jì)的安裝面上，位置靠近根部軸承座；固定端柔性鉸鏈、 遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈同軸設(shè)置；其中，遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈的一端固定安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中內(nèi)框架的 頂端，另一端安裝于舵面加強(qiáng)筋上，舵面加強(qiáng)筋固定于空氣舵舵面之間；固定端柔性鉸鏈一 端固定安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中外框架的頂端，另一端固定安裝于驅(qū)動力臂上。
2. 如權(quán)利要求1所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于：所述智能材料采用壓電材 料或磁致伸縮材料。
3. 如權(quán)利要求1所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于：所述固定端柔性鉸鏈通過 轉(zhuǎn)接片A與內(nèi)框架頂端相連；遠(yuǎn)軸端柔性鉸鏈通過轉(zhuǎn)接片B與外框架頂端相連。
4. 如權(quán)利要求1所述自驅(qū)動智能全動空氣舵，其特征在于：所述柔性轉(zhuǎn)接頭A、柔性轉(zhuǎn) 接頭B、柔性轉(zhuǎn)接推桿A與柔性轉(zhuǎn)接推桿B為外壁周向上均切削有圓錐曲線切口的柱體。
【文檔編號】B64C13/16GK203876980SQ201420304819
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】王浩然, 李琳, 李超 申請人:北京航空航天大學(xué)