基于变胞机构的变体机翼以及飞行器

本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种具有多种构型姿态的基于变胞机构的变体机翼以及飞行器。

背景技术：

1、传统机翼在设计完成后能够在特殊航行条件下实现最佳飞行性能，但飞行器在飞行过程中对机翼的要求并非保持不变。随着飞行器在不同环境和运行阶段飞行，固定机翼往往难以满足不断变化的航行需求。

2、目前研制的变体机翼有多种变形方式，根据飞行器的航行需求和环境设计了包括变展长、变弦长、变后掠角、变弯度、变厚度、变展向弯度、翼面扭转、翼面折叠等变形方式。现有的变展长或变后掠变体机翼的内部机构通常为传统的单自由度经典机构，通过内部机构的运动实现机翼的变展长或变后掠变形，举例如下：

3、中国专利文献2023112568043公开了一种伸缩变体机翼以及飞行器，其内部机构为剪叉机构，通过剪叉机构的伸缩来实现变体机翼的变展长变形。

4、中国专利文献2021106026289公开了一种适用于小型无人机的可伸缩机翼机构，其内部机构为滚珠丝杠机构，内侧机翼的舵机带动滚珠丝杠运动，使丝杠螺母沿预设导轨移动，完成外侧机翼相对内侧机翼的移动过程，实现机翼变展长的变形。

5、中国专利文献2023106408615公开了一种机翼变后掠机构，其通过蜗轮蜗杆和平面连杆的运动实现机翼的变后掠变形。

6、中国专利文献2023113040650公开了一种用于飞行器的可变后掠翼结构及飞行器，其内部机构为齿轮齿条机构，驱动机构与齿条连接，并用于驱动齿条移动，以驱动两个齿轮转动，从而实现机翼变后掠变形。

7、现有技术采用的内部机构为经典机构的变体机翼在变形过程中，其内部机构的构型通常不变，这些机构面对变化环境或不同运行阶段时往往无法灵活地发生变化；另外，目前可实现多种变形功能的变体机翼一般为多自由度，需要多个动力源协调控制，存在控制系统复杂和稳定性低的不足。

技术实现思路

1、为至少部分解决现有技术中的不足，本发明的主要目的是提供一种具有多种构型姿态的基于变胞机构的变体机翼以及飞行器，其可实现翼展变化和后掠角变化两种变形，具有结构紧凑和稳定性好的优点。

2、为了实现上述主要目的，本发明第一方面提供了一种基于变胞机构的变体机翼，其包括：

3、多个翼肋，翼肋具有沿纵向方向布置的翼梁；

4、变胞模块，多个翼肋沿横向依次通过变胞模块相连接以形成具有预设形状的机翼主体；

5、其中，变胞模块包括沿纵向间隔设置的两组多连杆变胞机构，多连杆变胞机构包括沿纵向设置的第一连杆以及四个第二连杆，四个第二连杆两两一组并分别位于第一连杆的相对两侧；第二连杆的一端与第一连杆相铰接、第二连杆的另一端与翼梁相铰接，以使得第一连杆、两个翼梁和四个第二连杆形成共用第一连杆的双平行四边形结构；

6、驱动机构，被配置为分别作用于两组多连杆变胞机构以驱使机翼主体在可变展长构型、奇异构型和可变后掠构型之间切换；

7、其中，机翼主体处于奇异构型时多连杆变胞机构中的四个第二连杆沿横向设置并分别与第一连杆相垂直而使得机翼主体的翼展最大、后掠角最小；此时，可通过驱动机构分别驱动两组多连杆变胞机构中相对应的两个第二连杆以相同方向转动而使得机翼主体切换至可变后掠构型并改变后掠角大小、以及分别驱动两组多连杆变胞机构中相对应的两个第二连杆以相反方向转动而使得机翼主体切换至可变展长构型并改变翼展长度。

8、根据本发明的一种具体实施方式，变胞模块进一步包括连接支链，其中一组多连杆变胞机构中的第一连杆与连接支链固定连接、另外一组多连杆变胞机构中的第一连杆与连接支链活动连接以允许上述两个第一连杆互相靠近或远离。

9、进一步地，连接支链与另外一组多连杆变胞机构中的第一连杆中的一个设有滑槽，连接支链与另外一组多连杆变胞机构中的第一连杆中的另一个设有滑动部，滑动部与滑槽之间滑动配合连接。

10、进一步地，滑槽为t型槽，滑动部为嵌入滑槽内中t型滑块。

11、根据本发明的一种具体实施方式，至少一个多连杆变胞机构还包括两个剪刀连杆，两个剪刀连杆互相铰接并且两个剪刀连杆的自由端分别与翼梁相铰接；

12、机翼主体处于奇异构型时，两个剪刀连杆共线并与铰接在第一连杆相同位置的两个第二连杆上下层叠布置；其中，剪刀连杆与翼梁的铰接点与上述第二连杆与翼梁的铰接点重合；

13、在相邻两个变胞模块中，其中一个变胞模块中的剪刀连杆与另外一个变胞模块中铰接在同一铰接点的第二连杆固结在一起，以在机翼主体处于可变展长构型下可驱使相邻变胞模块产生同步运动。

14、根据本发明的一种具体实施方式，至少部分第二连杆上设有限制部，机翼主体处于奇异构型时，同一多连杆变胞机构中铰接在中间连杆相同位置的两个第二连杆上的限制部相配合并形成限位、以及相邻两个多连杆变胞机构中铰接在翼梁相同位置的两个第二连杆上的限制部相配合并形成限位；其中，机翼主体从奇异构型切换至可变后掠构型时，上述限制部保持配合状态而使得不同的变胞模块产生同步运动。

15、进一步地，限制部为限位挡块，相对应的限制部之间所形成的限位配合为抵接配合。

16、根据本发明的一种具体实施方式，翼肋的数目为三个或三个以上。

17、根据本发明的一种具体实施方式，还包括蒙皮，蒙皮包覆在机翼主体的外侧。

18、本发明第二方面提供了一种飞行器，其包括飞行器主体以及如上所述的基于变胞机构的变体机翼。

19、本发明具备以下有益效果：提供了一种具有变胞模块的基于变胞机构的变体机翼，该变胞模块通过不同构型的切换可实现变展长和变后掠两种变形方式，满足变体机翼的多构态变形需求，即具有变展长和变后掠两种变形功能；本发明的两种变形能力可为飞行器在不同航行环境下带来气动性能的提升，其中变后掠可使减少兴波阻力并提高飞行速度，展长的变化能为飞行器带来增加升力、提高巡航高度和增加航程等优势。

20、本发明中采用单个变胞机构作为内部机构，同一时间节点仅能处于变展长和变后掠两种变形方式中的一种，保障飞行器的安全性，同时还具有结构紧凑和稳定性好的优点。

21、为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

技术特征：

1.基于变胞机构的变体机翼，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：所述变胞模块进一步包括连接支链，其中一组所述多连杆变胞机构中的所述第一连杆与所述连接支链固定连接、另外一组所述多连杆变胞机构中的所述第一连杆与所述连接支链活动连接以允许上述两个所述第一连杆互相靠近或远离。

3.如权利要求2所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：所述连接支链与另外一组所述多连杆变胞机构中的所述第一连杆中的一个设有滑槽，所述连接支链与另外一组所述多连杆变胞机构中的所述第一连杆中的另一个设有滑动部，所述滑动部与所述滑槽之间滑动配合连接。

4.如权利要求3所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：所述滑槽为t型槽，所述滑动部为嵌入所述滑槽内中t型滑块。

5.如权利要求1所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：至少一个所述多连杆变胞机构还包括两个剪刀连杆，两个所述剪刀连杆互相铰接并且两个所述剪刀连杆的自由端分别与所述翼梁相铰接；

6.如权利要求1所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：至少部分所述第二连杆上设有限制部，所述机翼主体处于奇异构型时，同一所述多连杆变胞机构中铰接在所述中间连杆相同位置的两个所述第二连杆上的所述限制部相配合并形成限位、以及相邻两个所述多连杆变胞机构中铰接在所述翼梁相同位置的两个所述第二连杆上的所述限制部相配合并形成限位；其中，所述机翼主体从奇异构型切换至可变后掠构型时，上述所述限制部保持配合状态而使得不同的所述变胞模块产生同步运动。

7.如权利要求6所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：所述限制部为限位挡块，相对应的所述限制部之间所形成的限位配合为抵接配合。

8.如权利要求1所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：所述翼肋的数目为三个或三个以上。

9.如权利要求1所述的基于变胞机构的变体机翼，其特征在于：还包括蒙皮，所述蒙皮包覆在所述机翼主体的外侧。

10.飞行器，其特征在于，包括飞行器主体以及如权利要求1-9任一项所述的基于变胞机构的变体机翼。

技术总结本发明公开了一种基于变胞机构的变体机翼以及飞行器。其中，变体机翼包括多个翼肋、变胞模块和驱动机构，多个翼肋沿横向依次通过变胞模块相连接以形成机翼主体；变胞模块包括两组多连杆变胞机构，多连杆变胞机构包括第一连杆以及四个第二连杆，四个第二连杆两两一组并分别位于第一连杆的相对两侧；第二连杆的一端与第一连杆相铰接、第二连杆的另一端与翼肋的翼梁相铰接，以使得第一连杆、两个翼梁和四个第二连杆形成共用第一连杆的双平行四边形结构；驱动机构被配置为分别作用于两组多连杆变胞机构以驱使机翼主体在可变展长构型、奇异构型和可变后掠构型之间切换。本发明可实现翼展变化和后掠角变化两种变形，具有结构紧凑和稳定性好的优点。技术研发人员：康熙,王欢,雷宏,李兵受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）技术研发日：技术公布日：2024/5/27