一种飞行器用可折展翼面及其折展方法与流程

本发明属于航空航天领域，具体涉及一种飞行器用可折展翼面及其折展方法。

背景技术：

中国是目前世界上发展最快、潜力最大的民用航空市场。随着中国商飞公司的成立，开启了中国自主研发客机的新旅程。客机往往载客量较大，机身尺寸也比常规客机大，需要有较大的客机机翼翼展尺寸与机翼面积来提供所需升力。大机翼能使客机在飞行过程中更省油，降低航空公司的飞行成本。但受机场场地使用规范的限制，过大的机翼尺寸不被允许，由此产生了折展翼技术。当设计的机翼翼展尺寸较大时，通过机翼折展技术，使客机在地面停放时机翼尖端向上折叠，有效减少客机横向尺寸，机翼折展也能使航空公司在相同的场地上停放更多的客机，减少航空公司的场地费用支出，有效降低运营成本，提高经济效益。在航天飞行器中，对于可折展机翼也有大量需求，针对不同的工作环境与飞行条件，可折展机翼能改变飞行器自身翼展，提高飞行器性能。一种结构简单可靠、折展平稳的飞行器用翼面折展机构对于我国航空客机发展，推动我国航天领域发展进程有重要意义。

技术实现要素：

本发明针对航空航天飞行器发展需求，填补国内客机机翼折展技术空白，提供一种飞行器用可折展翼面机构及其折展方法，通过电动推杆与翼尖推出器的组合，能使该翼面折展机构具有较扁平的结构，从而不影响翼面厚度与整体尺寸，能够实现精准控制翼面的折叠与展开，结构简单，可靠性较高。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种飞行器用可折展翼面，包括机翼翼尖、机翼翼身、第一翼尖梁、第二翼尖梁、第一翼身梁、第二翼身梁、翼尖推出器、滚轮、翼身挡板、翼尖限位器、翼尖推出器电机、电动推杆、电动推杆电机、翼身横轴、翼尖铰链支座和伸出板。所述的第一翼尖梁、第二翼尖梁和伸出板均固定在机翼翼尖根部，且第一翼尖梁和第二翼尖梁位于伸出板两侧；所述的翼尖限位器和翼尖铰链支座均与伸出板固定；所述电动推杆的伸出杆铰接在翼尖铰链支座上；所述的机翼翼身靠近机翼翼尖的一端开设有推杆安置槽，伸出板和电动推杆均置于推杆安置槽内；电动推杆的套筒与机翼翼身通过翼身横轴铰接；电动推杆由驱动电机提供动力；所述的第一翼身梁和第二翼身梁均与机翼翼身固定；第一翼身梁的一端与第一翼尖梁铰接，第二翼身梁的一端与第二翼尖梁铰接；翼尖推出器的一端与第一翼身梁和第二翼身梁的另一端均铰接，另一端与滚轮铰接；所述的滚轮嵌入翼尖限位器开设的滚轮限位槽内；翼尖推出器电机的底座与机翼翼身固定，翼尖推出器电机的输出轴和翼尖推出器与第一翼身梁铰接的那端固定；翼身挡板与机翼翼身固定，并位于翼尖推出器中部位置上方。

优选地，所述的滚轮外包裹橡胶套。

优选地，所述机翼翼身与伸出板的夹角θ2计算如下：

其中，l1为翼尖推出器与第一翼身梁的铰接中心至第一翼身梁与第一翼尖梁的铰接中心的距离，l2为翼尖推出器与第一翼身梁的铰接中心至机翼翼身与电动推杆的铰接中心的距离，l4为第一翼身梁与第一翼尖梁的铰接中心至电动推杆与翼尖铰链支座的铰接中心的距离，l0为电动推杆的伸出杆完全缩回状态时电动推杆的长度，v1为电动推杆的伸出杆运动速度，t为时间。

机翼翼尖折展的角速度ω2计算如下：

其中，

翼尖推出器摆动的角速度ω1计算如下：

其中，θ1为机翼翼身与翼尖推杆的夹角；θ4为翼尖推出器与机翼伸出板的夹角；l3为翼尖推出器与第一翼身梁的铰接中心至翼尖推出器上的滚轮中心的距离。

结合式(2)和式(5)得：

由式(2)给出的机翼翼尖折展的角速度ω2与电动推杆的伸出杆运动速度v1的关系，以及式(6)给出的翼尖推出器摆动的角速度ω1与电动推杆的伸出杆运动速度v1关系，控制电动推杆的伸出杆运动速度v1与翼尖推出器摆动的角速度ω1变化，实现电动推杆的伸出杆与翼尖推出器在折展过程中电动推杆、翼尖推出器和滚轮共同作用于伸出板时的配合运动，而且通过控制电动推杆的伸出杆运动速度v1变化，使机翼翼尖折展的角速度ω2匀速。

更优选地，电动推杆的伸出杆摆动的角速度ω3计算如下：

其中，θ3为机翼翼身与电动推杆的夹角。

该飞行器用可折展翼面的折展方法，具体如下：

折叠过程为：折叠前期由翼尖推出器电机、翼尖推出器、滚轮、电动推杆和电动推杆电机共同作用；翼尖推出器电机驱动翼尖推出器向下摆动，翼尖推出器和滚轮向下压伸出板并脱离翼尖限位器的滚轮限位槽，使伸出板向下摆动，打破机翼翼尖折叠状态的死点位置，带动机翼翼尖初步抬起；同时电动推杆电机驱动电动推杆的伸出杆推出，也使伸出板向下摆动，电动推杆的伸出杆与翼尖推出器电机协调运动，使得机翼翼尖匀速折叠；折叠后期翼尖推出器和滚轮脱离伸出板，只有电动推杆电机驱动电动推杆的伸出杆推出，使伸出板继续向下摆动直到机翼翼尖与地面垂直，而翼尖推出器电机驱动翼尖推出器向上摆动复位。

展开过程为：展开前期电动推杆电机驱动电动推杆的伸出杆缩回，使机翼翼尖向下摆动，翼尖推出器电机驱动翼尖推出器向下摆动至伸出板与翼尖推出器上的滚轮接触；展开后期由翼尖推出器电机、翼尖推出器、滚轮、电动推杆和电动推杆电机共同作用，电动推杆电机驱动电动推杆的伸出杆继续缩回，机翼翼尖继续向下摆动，同时翼尖推出器电机驱动翼尖推出器向上摆动并嵌入翼尖限位器的滚轮限位槽内，电动推杆的伸出杆与翼尖推出器电机协调运动，机翼翼尖匀速展开，直至机翼翼尖完全展开并锁止，此时，翼尖推出器顶面被翼身挡板限位。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1.本发明相比于传统多连杆折展机翼或齿轮传动折展机翼，具有构型简明、可靠性高、重量轻、易维修的优点。其中，电动推杆与翼尖推出器的速率可控性高，折展过程中电动推杆、翼尖推出器和滚轮共同作用于伸出板时(出现在折叠前期和展开后期)，控制电动推杆的伸出杆运动速度与翼尖推出器摆动的角速度的变化即可实现电动推杆的伸出杆与翼尖推出器在机翼翼尖折叠前期以及展开后期的配合运动，而且控制电动推杆的伸出杆运动速度变化即可使机翼翼尖折展的角速度匀速，从而精确控制机翼翼尖运动，并使机翼翼尖的运动稳定。

2.本发明的集成性较高，翼尖推出器的设计以及电动推杆的水平布置，可使机翼飞行状态即机翼展开状态时更为扁平，从而不影响飞机机翼自身的厚度与结构设计。

3.本发明通用性较强，无对机翼尺寸大小的严格要求，针对不同尺寸的飞机，改变推杆的选型与翼尖推出器的宽度即可适应不同尺寸大小的机翼。

附图说明

图1为本发明一种飞行器用可折展翼面的整体结构示意图；

图2为本发明一种飞行器用可折展翼面的侧视图；

图3为本发明一种飞行器用可折展翼面的翼尖结构示意图；

图4为本发明一种飞行器用可折展翼面的翼身结构示意图；

图5为本发明一种飞行器用可折展翼面的机构原理简图；

图6为本发明一种飞行器用可折展翼面的尺寸与运动简图；

图7为本发明中翼尖推出器与翼尖限位器的装配示意图；

图8为本发明中翼尖推出器与电动推杆的协调工作示意图；

图9(a)为本发明一种飞行器用可折展翼面折叠前期或展开后期的示意图；

图9(b)为本发明一种飞行器用可折展翼面折展过程中翼尖推出器和滚轮脱离伸出板时的示意图；

图9(c)为本发明一种飞行器用可折展翼面完全展开时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、2、3、4和7所示，一种飞行器用可折展翼面，包括机翼翼尖1、机翼翼身12、第一翼尖梁2、第二翼尖梁3、第一翼身梁4、第二翼身梁5、翼尖推出器6、滚轮13、翼身挡板8、翼尖限位器9、翼尖推出器电机7、电动推杆10、电动推杆电机11、翼身横轴14、翼尖铰链支座15和伸出板16。机翼翼尖1为飞机机翼的尖端部位，为需要折展的部分；第一翼尖梁2、第二翼尖梁3和伸出板16均固定在机翼翼尖1根部，且第一翼尖梁2和第二翼尖梁3位于伸出板16两侧；翼尖限位器9和翼尖铰链支座15均与伸出板16固定；电动推杆10的伸出杆铰接在翼尖铰链支座15上；

机翼翼身12靠近机翼翼尖1的一端开设有推杆安置槽，伸出板16和电动推杆10均置于推杆安置槽内；电动推杆10的套筒与机翼翼身12通过翼身横轴14铰接；电动推杆10设有驱动电机11，为电动推杆10提供动力；第一翼身梁4和第二翼身梁5均与机翼翼身12固定；第一翼身梁4的一端与第一翼尖梁2铰接，第二翼身梁5的一端与第二翼尖梁3铰接；翼尖推出器6的一端与第一翼身梁4和第二翼身梁5的另一端均铰接，另一端与滚轮13铰接；滚轮13嵌入翼尖限位器9开设的滚轮限位槽内，滚轮限位槽用于机翼翼尖1相对机翼翼身12完全展开状态下对滚轮13进行限位；翼尖推出器电机7的底座与机翼翼身12固定，翼尖推出器电机7的输出轴和翼尖推出器6与第一翼身梁4铰接的那端固定；翼身挡板8与机翼翼身12固定，用于机翼翼尖1相对机翼翼身12完全展开状态下对翼尖推出器6进行限位。

作为一个优选实施例，滚轮13外包裹橡胶套，减小对伸出板16的磨损。

作为一个优选实施例，如图5和6所示，折展过程中电动推杆10、翼尖推出器6和滚轮13共同作用于伸出板16时(出现在折叠前期和展开后期)，为精确控制机翼翼尖1运动，并使机翼翼尖1的运动稳定，下面对翼尖推出器6摆动的角速度ω1和电动推杆10的伸出杆运动速度v1关系进行计算：

机翼翼身12与伸出板16的夹角θ2计算如下：

其中，l1为翼尖推出器6与第一翼身梁4的铰接中心b至第一翼身梁4与第一翼尖梁2的铰接中心a的距离，l2为翼尖推出器6与第一翼身梁4的铰接中心b至机翼翼身12与电动推杆10的铰接中心d的距离，l4为第一翼身梁4与第一翼尖梁2的铰接中心a至电动推杆10与翼尖铰链支座15的铰接中心c的距离，l0为电动推杆10的伸出杆完全缩回状态时电动推杆10的长度，t为运行时间。

机翼翼尖折展的角速度ω2计算如下：

其中，

翼尖推出器6摆动的角速度ω1计算如下：

其中，θ1为机翼翼身12与翼尖推杆6的夹角；θ4为翼尖推出器6与机翼伸出板16的夹角；l3为翼尖推出器6与第一翼身梁4的铰接中心b至翼尖推出器6上的滚轮13中心的距离。

结合式(2)和式(5)得：

由式(2)给出的机翼翼尖1折展的角速度ω2与电动推杆10的伸出杆运动速度v1的关系，以及式(6)给出的翼尖推出器6摆动的角速度ω1与电动推杆10的伸出杆运动速度v1关系，控制v1与ω1的变化即可实现电动推杆10的伸出杆与翼尖推出器6在机翼翼尖1折叠前期以及展开后期的配合运动，而且控制v1的速度变化即可使机翼翼尖1折展的角速度ω2匀速。

作为一个更优选实施例，电动推杆10的伸出杆摆动的角速度ω3计算如下：

其中，θ3为机翼翼身12与电动推杆10的夹角。

该飞行器用可折展翼面两个配套使用，对称固定在飞行器的机身两侧。

如图5、6、8、9(a)、9(b)和图9(c)所示，该飞行器用可折展翼面的折展方法，具体如下：

折叠过程为：折叠前期由翼尖推出器电机7、翼尖推出器6、滚轮13、电动推杆10和电动推杆电机11共同作用；翼尖推出器电机7驱动翼尖推出器6向下摆动，翼尖推出器6和滚轮13向下压伸出板16并脱离翼尖限位器9的滚轮限位槽，使伸出板16向下摆动，打破机翼翼尖折叠状态的死点位置，带动机翼翼尖1初步抬起；同时电动推杆电机11驱动电动推杆10的伸出杆推出，也使伸出板16向下摆动，电动推杆10的伸出杆与翼尖推出器电机7协调运动，使得折叠过程更平稳；折叠后期翼尖推出器6和滚轮13脱离伸出板16，只有电动推杆电机11驱动电动推杆10的伸出杆推出，使伸出板16继续向下摆动直到机翼翼尖1与地面垂直，而翼尖推出器电机7驱动翼尖推出器6向上摆动复位。

展开过程为：展开前期电动推杆电机11驱动电动推杆10的伸出杆缩回，使机翼翼尖1向下摆动(伸出板16向上摆动)，翼尖推出器电机7驱动翼尖推出器6向下摆动至伸出板16与翼尖推出器6上的滚轮13接触；展开后期由翼尖推出器电机7、翼尖推出器6、滚轮13、电动推杆10和电动推杆电机11共同作用，电动推杆电机11驱动电动推杆10的伸出杆继续缩回，机翼翼尖1继续向下摆动，同时翼尖推出器电机7驱动翼尖推出器6向上摆动并嵌入翼尖限位器9的滚轮限位槽内，电动推杆10的伸出杆与翼尖推出器电机7协调运动，直至机翼翼尖1完全展开并锁止，此时，翼尖推出器6顶面被翼身挡板8限位。