一种组合体飞行器单体质心动态调节装置

1.本发明涉及航空航天技术领域，具体为一种组合体飞行器单体质心动态调节装置。


背景技术：

2.对于拥有长航时、远航程、大载重等需求的组合体无人作战平台，其分为居于核心节点位置的主体和可分解为两个同构单体的两翼两大部分。为使两翼单体具备预分离时气动特性自主调整策略，需设置单体质心调整装置，具体为将驱动组件、控制组件、能源组件等质量较大的元器件设置为两翼单体内部的活动部分，使得翼形截面单体质心与气动力压心之间的相对位置可调。
3.在固定的气动外形设计下，飞行器单体质心位置的变化不仅影响飞行器攻角、阻力特性、升阻比等静态气动特性，而且影响滚转、偏航动稳定性等动态气动特性，飞行器质心的精准配置是决定飞行器安全、准确航行的关键因素。
4.对于采用变质心控制技术的飞行器，目前国内外的研究主要集中在变质心动力学与变质心控制方法的研究上，目前大多把变质心控制与其他控制方式（如空气舵、反作用姿态控制发动机等）同时使用。且现有的变质心滚珠丝杠作动装置结构繁琐冗余，所占体积较大，同时传动环节较多，大大降低了整个系统的刚度和传动效率。此外，一旦出现过大负载，对系统中的滚珠丝杠副造成径向负载，极大程度会造成丝杠卡死甚至损坏现象，降低了系统的可靠性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决上述背景技术中的问题，提出一种组合体飞行器单体质心动态调节装置，该装置通过电机控制质量块的往复运动来实现整个飞行器单体质心的变化。不需要空气舵和反作用姿态控制发动机，采用纯变质心控制的方式实现飞行器俯仰和滚转姿态的控制，保证飞行器飞行的稳定性。应当指出，后续各插图表述的组合体飞行器和单体飞行器的外形设计仅供参考，并未最终状态，本发明只对变质心装置进行介绍，不涉及单体飞行器的气动外形设计。
6.本发明是这样实现的：一种组合体飞行器单体质心动态调节装置，包括齿轮、齿条、齿条槽、电机、滚轮、连杆、前挡板、后挡板、质量块。具体的，所述的组合体飞行器包括居于核心节点位置的主体以及可分解为两个同构型飞行器单体，其特征在于，所述的飞行器单体内部设置有质心调节装置；所述的质心调节装置包括齿条，所述的齿条上端设置有齿轮所述的齿轮与电机的输出端固连，齿轮可由电机驱动旋转并在齿条上滚动；所述的电机通过电机架与前挡板固连，所述的前挡板与后挡板通过两根连杆固连；所述的齿条下端设置有齿条槽，齿条置于齿条槽内，所述的齿条槽两侧设有滑轨，所述的前挡板、后挡板在齿条槽两侧滑轨中滑动。
7.进一步，所述的单个飞行器单体内部设有四个相同的质心调节装置，四个质心调节装置的齿条槽呈菱形分布。
8.进一步，所述的前挡板和后挡板内侧分别对称四个滚轮，所述四个滚轮可在齿条槽上表面的平面上滚动。
9.进一步，设置两个较轻的质量块固定于前挡板外侧，设置一个较重的质量块固定于后挡板外侧；且所述前挡板外侧两个较轻的质量块、电机、电机架的总质量与后挡板外侧的较重的质量块质量相等。
10.进一步，所述飞行器单体展长为1m、弦长0.5m，最大起飞重量为35kg。
11.本发明与现有技术的有益效果在于：1.本发明提供的质心动态调节装置，体积小、重量轻。电机、挡板、滚轮、齿轮采用一体式结构设计。不仅充当了一部分移动质量块的作用，而且集成度高，极大的降低了整个系统的体积；2. 采用齿轮齿条传动设计，传动环节少、效率高、刚度强。相比于传统滚珠丝杠机构，减少了丝杠螺母、工作台等较大重量的零件，极大的提高了整个系统的灵活性；3. 负载工况可靠性高。与传统的质心调节机构相比，本装置主要由四个滚轮承受载荷，最大程度削弱了齿轮的径向力负载，对齿轮齿条的寿命有了极大的提高，因此本装置适应复杂负载能力更强，可靠性更高。
附图说明
12.图1为组合体飞行器整体及其单体结构示意图。
13.图2为本发明一种组合体飞行器质心动态调节装置结构示意图；图3a为本发明一种组合体飞行器质心动态调节装置图2的a-a向视图；图3b为本发明一种组合体飞行器质心动态调节装置图2的b-b向剖视图；图4a为本发明一种组合体飞行器质心动态调节装置分布示意图；图4b为质心调节装置在飞行器内部分布示意图；图5a为飞行器调节俯仰时质心调节装置分布示意图；图5b为飞行器调节滚转时质心调节装置分布示意图；图6a为本发明一种组合体飞行器质心动态调节装置质心变化范围二维示意图；图6b为本发明一种组合体飞行器质心动态调节装置质心变化范围三维轴测图；其中，1-质心调节装置，2-齿轮，3-齿条，4-齿条槽，501-电机，502-电机架，6-滚轮，7-连杆，801-前挡板，802-后挡板，9-质量块。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.如图1所示，为组合体飞行器整体及其单体结构示意图，其可分为居于核心节点位置的主体和可分解为两个同构型单体的两翼两大部分，本发明质心动态调节装置1位于单体飞行器内部。
16.如图2所示，本发明一种组合体飞行器单体质心动态调节装置包括齿轮2、齿条3、
齿条槽4、电机501、电机架502、滚轮6、连杆7、前挡板801、后挡板802、质量块9；所述的电机501通过电机架502与前挡板801固连，所述前挡板801与后挡板802通过两根连杆7固连。所述齿轮2与电机501输出轴通过顶丝固定连接，所述齿轮2和齿条3宽度相同，齿轮2可由电机501驱动旋转并在齿条3上滚动；齿条3置于齿条槽4内，齿条槽4两侧设有滑轨，所述前挡板801和后挡板802可在齿条槽两侧滑轨中滑动。
17.如图2所示，两个较轻的质量块9固定于所述前挡板801外侧，所述一个较重的质量块固定于后挡板802外侧；且前挡板801、两个较轻的质量块9、电机501和电机架502总质量与后挡板802外侧较重的质量块质量相等。
18.如图2~3所示，四个滚轮6分别对称分布于前挡板801和后挡板802内侧，并通过螺纹连接分别固定于挡板上，四个滚轮6可在齿条槽4上表面的平面上滚动，如图3b所示。
19.如图4a~b所示，为质心动态调节装置分布示意图，其中x轴方向为飞行器展向，y轴方向为飞行器弦向；单个飞行器单体内部设有四个相同的质心调节装置，四根齿条呈菱形分布于飞行器内部。
20.如图5a~b所示，分别为飞行器调节俯仰和滚转时质心调节装置的一种移动示意图。
21.如图6a~b所示，为质心动态调节装置质心变化范围示意图，在本实施方式中，假设菱形齿条弦向（y轴方向）最大长度为0.3m，展向（x轴方向）最大长度为0.7m，则四个质心调节装置质心变化范围如图5阴影部分所示。设组合体飞行器单体总质量为35kg，展长和弦长分别为0.5m和1m，四个质心调节装置每个质量为3kg，则整体飞行器单体质心展向（x轴方向）变化最大为12mm，弦向（y轴方向）变化最大为5.142mm。
22.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。