本發(fā)明涉及一種基于平面連桿閉環(huán)單元的含復(fù)鉸可變形機(jī)翼后緣機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

自從1903年12月17日萊特兄弟發(fā)明了人類歷史上第一架飛機(jī)，飛機(jī)就在人類的生活中扮演了非常重要的角色，然而同樣用于產(chǎn)生升力的飛機(jī)機(jī)翼卻無(wú)法像鳥的翅膀那樣自由地伸展和舞動(dòng)，也不能像鳥兒一樣在飛行的不同階段，改變翅膀的外形。以美國(guó)為首的航空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)90年代開始研究可變形機(jī)翼，以達(dá)到改善機(jī)翼氣動(dòng)特性、提高飛行性能、增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性等目的，彌補(bǔ)傳統(tǒng)固定翼飛行器的不足。如美國(guó)的F-111隱身戰(zhàn)斗機(jī)，機(jī)翼的前緣和后緣分別裝有一段和三段由玻璃鋼制成的活動(dòng)舵面，根據(jù)飛行情況的改變調(diào)節(jié)活動(dòng)后緣和前緣的彎度和扭轉(zhuǎn)角，以提供完美的機(jī)翼彎度形狀。機(jī)翼骨架表面覆蓋可變蒙皮，與機(jī)翼行程全封閉的腔體，從而有效的避免了由于常規(guī)襟翼與機(jī)翼之間不連續(xù)導(dǎo)致的氣流提前分離，但是由于機(jī)翼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件較多，增加了飛機(jī)的負(fù)重，嚴(yán)重的影響了飛機(jī)的性能。20世紀(jì)90年代初，諾斯羅普——格魯曼公司在F-14戰(zhàn)斗機(jī)上進(jìn)行了弦向主動(dòng)變形翼肋的研究，翼肋由三角形單元的桁架組成，三角形單元由磁致伸縮制動(dòng)器構(gòu)成，通過(guò)磁致伸縮制動(dòng)器的變形，改變翼肋的形狀，并采用線性位移傳感器測(cè)量制動(dòng)器的位移與蒙皮的變形量，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，這種可變形機(jī)翼由于采用多個(gè)磁致伸縮制動(dòng)器， 依舊存在重量過(guò)大、控制系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。鑒于已經(jīng)取得的成績(jī)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署與格魯曼公司再次聯(lián)合啟動(dòng)“機(jī)敏機(jī)翼”計(jì)劃。在弦向可變機(jī)翼中采用形狀記憶合金扭力管，將形狀記憶合金扭力管植入機(jī)翼盒段，可使翼尖扭轉(zhuǎn)角度達(dá)到1.25°。在機(jī)翼下表層植入形狀記憶合金絲用來(lái)進(jìn)行保形控制，并采用光纖傳感器測(cè)量形狀記憶合金絲的變形量，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)機(jī)翼相比，該機(jī)翼可提升升力5％至8％，增加滾距8％至12％。但是由于材料科學(xué)的發(fā)展，形狀記憶合金的某些性質(zhì)還不是很成熟，所以這種技術(shù)還很難大批量應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)上。2001年美國(guó)馬里蘭大學(xué)利用功能梯度壓電元件作為制動(dòng)器，設(shè)計(jì)了基于功能梯度壓電原件制動(dòng)器的可變后緣弦向可變機(jī)翼。功能梯度壓電材料與單獨(dú)的壓電陶瓷元件相比，具有較大的驅(qū)動(dòng)力和位移，機(jī)電耦合系數(shù)高。馬里蘭大學(xué)的研究員分別對(duì)4層和8層的功能梯度壓電元件進(jìn)行了力-位移仿真實(shí)驗(yàn)。然而增加壓電材料的層數(shù)，雖然可以提升驅(qū)動(dòng)力，但是同時(shí)也降低了最大驅(qū)動(dòng)位移。

國(guó)內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)主要有南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等。2009年南京航空航天大學(xué)的顧娜提出了基于步進(jìn)電機(jī)的弦向可變自適應(yīng)機(jī)翼后緣，并進(jìn)行了分段驅(qū)動(dòng)的理論建模和優(yōu)化計(jì)算，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)分析，驗(yàn)證了模型的強(qiáng)度，最后設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)并搭建了后緣轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，驗(yàn)證了方案的可行性。但是該設(shè)計(jì)中，機(jī)翼后緣采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在復(fù)雜、惡劣工作環(huán)境中的可靠性有待提高，機(jī)翼重量也需要改進(jìn)。同年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的尹維龍?zhí)岢隽艘环N新型的結(jié)構(gòu)——?dú)鈩?dòng)人工肌肉，以此作為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的弦向可變彎度，并進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的弦向可變自適應(yīng)機(jī)翼后緣實(shí)驗(yàn)分析，充分證明了氣動(dòng)人工肌肉作為弦向可變自適應(yīng)機(jī)翼的驅(qū)動(dòng)器的可行性，其具有較高的精度、較高的驅(qū)動(dòng)效率，但機(jī)翼的變彎度結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)。2013年北京工業(yè)大學(xué)也設(shè)計(jì)了類似洛克希德·馬丁公司的可折 疊機(jī)翼，但目前還停留在理論分析階段。

中國(guó)專利申請(qǐng)201410359555.5公開了一種用于飛機(jī)機(jī)翼的彎度可變的機(jī)翼后緣，飛機(jī)機(jī)翼包括彎度不可變的機(jī)翼中部，機(jī)翼中部包括主梁；彎度可變的機(jī)翼后緣包括后梁、平行設(shè)置的多組后緣桿組結(jié)構(gòu)、后緣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；后梁連接主梁的后端；后緣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的搖桿，搖桿的一端可旋轉(zhuǎn)地連接后梁，搖桿的另一端可旋轉(zhuǎn)地連接后緣桿組結(jié)構(gòu)；后緣桿組結(jié)構(gòu)為基于5R閉環(huán)單元的平面桿組結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)自由度；其中，每組后緣桿組結(jié)構(gòu)包括成對(duì)出現(xiàn)的多對(duì)5R閉環(huán)單元、多個(gè)組網(wǎng)三角單元、1個(gè)末端4R閉環(huán)單元和1個(gè)末端三角單元；每對(duì)5R閉環(huán)單元包括一個(gè)上5R閉環(huán)單元、一個(gè)下5R閉環(huán)單元。上述技術(shù)方案的基本單元為上、下5R閉環(huán)單元；單元之間不相互影響；整個(gè)機(jī)構(gòu)含連桿較多，重量較大；機(jī)構(gòu)整體自由度為2，需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行協(xié)作驅(qū)動(dòng)；基本單元自由度不為1；基本單元只能是平面5R閉環(huán)機(jī)構(gòu)，只能在長(zhǎng)度方面擴(kuò)展更多的環(huán)數(shù)，但基本單元結(jié)構(gòu)無(wú)法改變。

綜合上述可知，現(xiàn)有可變形機(jī)翼技術(shù)的主要缺點(diǎn)是重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變化幅度小、自適應(yīng)能力差等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種基于平面連桿閉環(huán)單元的含復(fù)鉸可變形機(jī)翼后緣機(jī)構(gòu)，其不僅可連續(xù)改變機(jī)翼后緣偏轉(zhuǎn)角的可變形機(jī)翼后緣機(jī)構(gòu)，還能有效提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能、電磁隱蔽性能、安全性能，有效控制成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于平面連桿閉環(huán)單元的含復(fù)鉸可變形機(jī)翼后緣機(jī)構(gòu)，其包括至少三組閉環(huán)桿組單元、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；閉環(huán)桿組單元為基于6R閉環(huán)單元的平面桿組結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)自由度；

其中，至少三組閉環(huán)桿組單元包括一組末端單元、至少一組中間單 元、一組始端單元；末端單元、中間單元、始端單元平行設(shè)置，中間單元位于始端單元和末端單元之間；

末端單元包括第一上橫桿、第一下橫桿、右豎桿、第一中間豎桿，第一中間豎桿與第一下橫桿的鉸接點(diǎn)為第一復(fù)鉸點(diǎn)，第一復(fù)鉸點(diǎn)位于第一下橫桿的左右兩個(gè)端點(diǎn)之間；其它桿均鉸接于端點(diǎn)；第一中間豎桿與第一上橫桿的鉸接點(diǎn)為第二復(fù)鉸點(diǎn)；

中間單元包括第二上橫桿、第二下橫桿、第一中間豎桿、第二中間豎桿、第一斜桿，第二中間豎桿與第二下橫桿的鉸接點(diǎn)為第三復(fù)鉸點(diǎn)，第三復(fù)鉸點(diǎn)位于第二下橫桿的左右兩個(gè)端點(diǎn)之間；第二下橫桿的右端點(diǎn)鉸接于第一復(fù)鉸點(diǎn)；第一斜桿的下端點(diǎn)鉸接于第一下橫桿的左端點(diǎn)，第一斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第二上橫桿上；其它桿均鉸接于端點(diǎn)；第二中間豎桿與第二上橫桿的鉸接點(diǎn)為第四復(fù)鉸點(diǎn)；

始端單元包括第三上橫桿、第三下橫桿、第二中間豎桿、左豎桿、第二斜桿，第三下橫桿的右端點(diǎn)鉸接于第三復(fù)鉸點(diǎn)；第二斜桿的下端點(diǎn)鉸接于第二下橫桿的左端點(diǎn)，第二斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第三上橫桿上；其它桿均鉸接于端點(diǎn)。

本發(fā)明中，始端單元的位移輸出為中間單元的位移輸入,始端單元和中間單元由第二下橫桿相連結(jié),作為位移傳遞的橋梁，左右拓展，形成閉環(huán)單元組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，末端單元與中間單元共邊，安裝于可變形機(jī)翼后緣末端。

本發(fā)明中，蒙皮固定結(jié)構(gòu)用于連接蒙皮與閉環(huán)桿組單元，驅(qū)動(dòng)固定于機(jī)翼主梁上并驅(qū)動(dòng)后緣機(jī)構(gòu)中始端單元中的一桿。

中間單元的數(shù)目可為多個(gè)。始端單元與中間單元模塊化拓?fù)?，自由度M計(jì)算如下：

M＝3*[4*(N+1)-1]-2*(6*N+4),其中N為始端單元和中間單元的總個(gè)數(shù)(所有閉環(huán)桿組單元的數(shù)目減去1)，且N為正整數(shù)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的基本單元為單獨(dú)的6R閉環(huán)單元；單元之間相互影響，前一個(gè)單元的輸出為后一個(gè)單元的輸入；整個(gè)機(jī)構(gòu)含連桿比之前方案少，重量輕；機(jī)構(gòu)整體自由度為1，只需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，重量減輕，控制系統(tǒng)難度降低；基本單元自由度為1。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第一下橫桿為L(zhǎng)狀折桿，其彎折角度為100°-160°；第一復(fù)鉸點(diǎn)位于第一下橫桿的彎折部。根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第二下橫桿為L(zhǎng)狀折桿，其彎折角度為100°-160°；第三復(fù)鉸點(diǎn)位于第二下橫桿的彎折部。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第一斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第二上橫桿的左右端點(diǎn)之間。根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第二斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第三上橫桿的左右端點(diǎn)之間。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第一斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第二上橫桿的左端點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第二斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第三上橫桿的左端點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第一下橫桿為直桿。根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第二下橫桿為直桿。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的搖桿，搖桿的一端可旋轉(zhuǎn)地連接右豎桿，搖桿的另一端可旋轉(zhuǎn)地連接第三上橫桿。

本發(fā)明的有益效果是：在本發(fā)明中采用了機(jī)械式模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)機(jī)翼后緣彎度光滑、連續(xù)變化，從而改善機(jī)翼的壓力分布，避免了機(jī)翼表面氣流提前分離，有效改善飛機(jī)的氣動(dòng)特性，提高最大升力系數(shù)，進(jìn)而拓寬了飛機(jī)對(duì)不同巡航情況的適應(yīng)性。由于可變形機(jī)翼后緣彎度改變過(guò)程中，表面始終有蒙皮覆蓋，并無(wú)明顯縫隙，從而大大地減少了雷達(dá)回波，有效提高了飛機(jī)的隱身性能。對(duì)偵察機(jī)而言，采用可變后緣彎度機(jī)翼可以提高其巡航能力和增加航程，同時(shí)其隱身性能也大為提高。本發(fā) 明采用基于平面連桿閉環(huán)單元的模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)不同尺度機(jī)翼只需要擴(kuò)展基本單元，具有較強(qiáng)的可拓展性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，維修、更換方便，提高飛機(jī)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性和安全性，減少了武器裝備在服役過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)性。本發(fā)明采用了單驅(qū)動(dòng)形式，有效降低了機(jī)翼本身重量，并降低了多驅(qū)動(dòng)可能造成是的失效的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的機(jī)翼變形前的形狀示意圖；

圖2為實(shí)施例1的機(jī)翼變形后的形狀示意圖；

圖3為實(shí)施例1的機(jī)翼后緣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例1中，三組閉環(huán)桿組單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例1的閉環(huán)桿組單元第一種單元擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例1的閉環(huán)桿組單元第二種單元擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為實(shí)施例2中，三組閉環(huán)桿組單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為實(shí)施例3中，三組閉環(huán)桿組單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1-圖4所示，本實(shí)施例提供了一種飛機(jī)機(jī)翼，該飛機(jī)機(jī)翼包括機(jī)翼前緣1、機(jī)翼中部2、機(jī)翼后緣3、機(jī)翼蒙皮4；其中，機(jī)翼中部2彎度不可變，機(jī)翼后緣3彎度可變。

機(jī)翼后緣3包括后梁301、三組閉環(huán)桿組單元、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)302；后梁301連接主梁的后端；閉環(huán)桿組單元為基于6R閉環(huán)單元的平面桿組結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)自由度；

其中，如圖4所示，三組閉環(huán)桿組單元包括一組末端單元6、一組中間單元7、一組始端單元8；末端單元6、中間單元7、始端單元8平行設(shè)置，中間單元7位于始端單元8和末端單元6之間；

末端單元6包括第一上橫桿601、第一下橫桿602、右豎桿603、第一中間豎桿604，第一上橫桿601、第一下橫桿602、右豎桿603、第一中間豎桿604連成一個(gè)四邊形；第一中間豎桿604與第一下橫桿602的鉸接點(diǎn)為第一復(fù)鉸點(diǎn)605，第一復(fù)鉸點(diǎn)605位于第一下橫桿601的左右兩個(gè)端點(diǎn)之間；其它桿均鉸接于端點(diǎn)；第一中間豎桿604與第一上橫桿601的鉸接點(diǎn)為第二復(fù)鉸點(diǎn)606；

中間單元7包括第二上橫桿701、第二下橫桿702、第一中間豎桿604、第二中間豎桿703、第一斜桿704；第二上橫桿701、第二下橫桿702、第一中間豎桿604、第二中間豎桿703連成四邊形；第二中間豎桿703與第二下橫桿702的鉸接點(diǎn)為第三復(fù)鉸點(diǎn)705，第三復(fù)鉸點(diǎn)705位于第二下橫桿702的左右兩個(gè)端點(diǎn)之間；第二下橫桿702的右端點(diǎn)鉸接于第一復(fù)鉸點(diǎn)605；第一斜桿704的下端點(diǎn)鉸接于第一下橫桿602的左端點(diǎn)，第一斜桿704的上端點(diǎn)鉸接于第二上橫桿701上；其它桿均鉸接于端點(diǎn)；第二中間豎桿703與第二上橫桿701的鉸接點(diǎn)為第四復(fù)鉸點(diǎn)；

始端單元8包括第三上橫桿801、第三下橫桿802、第二中間豎桿703、左豎桿803、第二斜桿804，第三上橫桿801、第三下橫桿802、第二中間豎桿703、左豎桿803連成四邊形；第三下橫桿802的右端點(diǎn)鉸接于第三復(fù)鉸點(diǎn)705；第二斜桿804的下端點(diǎn)鉸接于第二下橫桿702的左端點(diǎn)，第二斜桿804的上端點(diǎn)鉸接于第三上橫桿801上；其它桿均鉸接于端點(diǎn)。

第一下橫桿602為L(zhǎng)狀折桿，其彎折角度為100°-160°；第一復(fù)鉸點(diǎn)605位于第一下橫桿602的彎折部。第二下橫桿702為L(zhǎng)狀折桿，其彎折角度為100°-160°；第三復(fù)鉸點(diǎn)705位于第二下橫桿702的彎折部。

第一斜桿704的上端點(diǎn)鉸接于第二上橫桿701的左右端點(diǎn)之間，第二斜桿804的上端點(diǎn)鉸接于第三上橫桿801的左右端點(diǎn)之間。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)303包括由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的搖桿，搖桿的一端可旋轉(zhuǎn)地連接左豎桿803，搖桿的另一端可旋轉(zhuǎn)地連接第三上橫桿801。

本實(shí)施例中，三組閉環(huán)桿組單元可以去除中間單元；另外，中間單元和始端單元也可以擴(kuò)展，例如如圖5-圖6所示的擴(kuò)展方式。值得注意的是，桿組越復(fù)雜，輸出端對(duì)于輸入端的響應(yīng)越大，即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)較小的角度，機(jī)翼后緣會(huì)發(fā)生較大的形變。

實(shí)施例2

如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：第一下橫桿為直桿，第二下橫桿也為直桿。

實(shí)施例3

如圖8所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：第一斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第二上橫桿的右端點(diǎn)；第二斜桿的上端點(diǎn)鉸接于第三上橫桿的右端點(diǎn)。

雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施例揭露如上，但并非用以限定本發(fā)明實(shí)施的范圍。任何本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的發(fā)明范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的改進(jìn)，即凡是依照本發(fā)明所做的同等改進(jìn)，應(yīng)為本發(fā)明的范圍所涵蓋。