一种气动力辅助变平面的可变后掠翼折叠展开机构

本发明涉及一种折叠展开机构，具体涉及一种可变后掠翼折叠展开机构，属于飞行器设计领域。

背景技术：

1、随着民用无人机领域的快速发展和未来战争概念的不断扩展，对飞行器的环境适应性、用途多样性、经济性和快速部署性等提出了更高的要求。目前主要通过可折叠机翼的设计减小大展弦比机翼的收纳空间，以达到方便储存、运输和快速投入战斗的效果；主要通过变掠角机构设计增加飞行器对多模态任务的适应性，挖掘飞行器多方面性能，满足民用及未来战争中多种任务需求。

2、目前较多的具体实现机构主要可分为“同平面内折叠展开机构”和“不同平面内折叠展开机构”。“同平面内折叠展开机构”的机翼在折叠状态收纳于同一平面内，展开时直接在该平面内展开，这种机构需要保证在折叠时机身宽度至少大于两个机翼弦长，才能够容纳机翼的折叠，相对而言空间利用率较低，限制了机翼面积大小；“不同平面内折叠展开机构”的机翼不论是展开还是折叠状态都处于不同平面，在折叠/展开时每个机翼都在一个固定平面内旋转。这种机构虽然提高了空间利用率，但是由于机翼展开时处于不同平面，会对机身产生额外的滚转力矩，需要消耗一定的舵资源进行平衡，影响飞行器的控制性能。

3、目前较多变后掠角的机翼结构采用连杆滑块、转动铰链或者柔性材料，其中连杆滑块和转动铰链结构稳定性不足，无法满足复杂环境下的稳定掠角变化；柔性材料控制难度较高，制造成本较高，研究尚未成熟。蜗轮蜗杆传动具有一定减速比且拥有自锁特性，能大大增加控制稳定性，而蜗轮蜗杆传动中单蜗杆驱动双蜗轮同步变化的传动特性可应用于机翼后掠角的同步变化。

4、目前使用较多的飞行器机翼变形驱动方法有机械能释放驱动、电机驱动、气动力驱动等，其中机械能释放驱动结构简单，但是稳定性和可重复使用性较低；电机驱动稳定性高，控制较为容易实现，但是结构重量大，耗能较高；气动力驱动结构简单，但是由气动力单独驱动的结构在空中受飞行姿态影响较大，应用场景受限。采用电机驱动及气动力辅助的机翼变形驱动方式可以降低控制难度、结构复杂程度，而且有较高的环境适应性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种气动力辅助变平面的可变后掠翼折叠展开机构，在飞行过程中机翼可在气动力辅助下上升并完成变平面展开、降落后可在重力辅助下完成下降以便于层叠式折叠，并实现空中无级稳定变掠角，以达到提高运输时空间利用率、节省舵资源、增强对复杂任务的适应性的目的。

2、气动力辅助变平面的可变后掠翼折叠展开机构，包括：固定仓盖、磁滞升降模块以及蜗轮蜗杆旋转模块；

3、机翼a设置在轴a的上端，机翼b与所述磁滞升降模块相连；

4、所述蜗轮蜗杆旋转模块支撑在固定仓盖上，用于带动所述机翼a绕所述轴a的轴线转动以及机翼b绕磁滞升降模块的轴线转动；

5、所述磁滞升降模块基于气动力辅助实现所述机翼b的上升、基于重力辅助实现所述机翼b下降；所述机翼b下降后，能够实现所述机翼a和机翼b的上下层叠设置；所述机翼b上升后，所述机翼a和机翼b位于同一水平面内。

6、作为本发明的一种优选方式：所述磁滞升降模块包括：磁滞升降模块外壳、滚轮、升降轴、齿条、齿轮和磁滞制动器；

7、所述磁滞制动器包括磁滞制动器转子和磁滞制动器定子；

8、所述磁滞升降模块外壳为空心柱形结构，磁滞升降模块外壳内圆周面的中部设置有磁滞制动器卡槽，磁滞制动器定子安装在磁滞制动器卡槽上，磁滞制动器转子与齿轮同轴固定，所述齿轮与齿条啮合传动，所述齿条能够在所述磁滞升降模块外壳内上下移动；

9、所述升降轴下端伸入磁滞升降模块外壳内与所述齿条上端相连；所述升降轴底部外圆周面上沿周向均匀间隔分布有若干滚轮；所述磁滞升降模块外壳内圆周面上对应设置有与所述滚轮配合的滚轮滑轨；

10、所述磁滞升降模块外壳的上端面设置有顶端挡环，用于所述升降轴的移动限位。

11、作为本发明的一种优选方式：所述磁滞升降模块外壳内圆周面竖直设置有齿条滑轨，所述齿条位于所述齿条滑轨内，能够沿着齿条滑轨上下移动。

12、作为本发明的一种优选方式：所述蜗轮蜗杆旋转模块包括：电机、蜗杆、蜗轮a和蜗轮b；

13、所述电机的输出轴与所述蜗杆的一端固连，所述蜗杆圆周面的两相对侧分别与所述蜗轮a和蜗轮b配合；

14、所述蜗轮a与所述轴a相连，所述轴a下端通过轴承b支撑在固定仓盖底板上，上端通过轴承d支撑在固定仓盖顶板上；

15、所述蜗轮b与轴b相连，所述轴b下端通过轴承e支撑在固定仓盖底板上，上端与所述磁滞升降模块下端过盈配合，所述磁滞升降模块上端通过轴承c支撑在固定仓盖顶板上。

16、作为本发明的一种优选方式：所述蜗杆的另一端通过轴承a支撑在轴承座上，所述轴承座固定在固定仓盖上。

17、作为本发明的一种优选方式：当用于所述机翼a和机翼b的变平面展开时：

18、所述蜗轮蜗杆旋转模块带动所述机翼a和机翼b旋转，直至达到目标后掠角；

19、当所述机翼a和机翼b旋转到目标后掠角之后，在飞行过程中，减小所述磁滞制动器输入电流，使所述机翼b在气动力作用下带动所述升降轴向上移动，所述升降轴带动所述齿条向上移动，从而带动所述齿轮和所述磁滞制动器动子转动；

20、当所述机翼b上升至与所述机翼a位于同一平面时，增大所述磁滞制动器输入电流强度，维持所述机翼b的稳定性。

21、作为本发明的一种优选方式：当用于所述机翼a和机翼b空中变掠角时：

22、所述蜗轮蜗杆旋转模块带动所述机翼a和机翼b旋转，以同步改变所述机翼a和机翼b的后掠角。

23、作为本发明的一种优选方式：当用于所述机翼a和机翼b的折叠时：

24、当飞行器降落之后，此时所述机翼b所受升力为0，减小磁滞制动器的电流，所述机翼b在重力的作用下带动所述升降轴向下移动，所述升降轴带动所述齿条下降，齿条带动齿轮旋转，从而带动所述磁滞制动器转子转动；

25、当所述机翼b下降设定高度后，所述蜗轮蜗杆旋转模块带动所述机翼a和机翼b旋转，直至达到目标折叠状态。

26、有益效果：

27、(1)本发明的可变后掠翼折叠展开机构能够使机翼在飞行中可在气动力辅助下完成变平面展开、降落后在重力辅助下完成层叠式折叠，并实现空中无级稳定变掠角，能够达到提高运输时空间利用率、节省舵资源、增强对复杂任务的适应性的目的。

28、(2)本发明实现了机翼后掠角在空中的无级稳定变化，大大增强了飞行器对复杂任务的适应能力；通过调整机翼后掠角，飞行器可根据实际飞行情况在空中改变其飞行性能，实现对复杂环境下的运输、作战、侦查等多种任务需求的适应。

29、(3)本发明中，蜗轮蜗杆旋转模块采用单一电机控制的蜗杆-双蜗轮结构可实现两侧机翼后掠角同步稳定变化，单电机控制和气动力辅助降低了结构重量；相较于目前已有的双电机甚至多电机折叠展开机构，单电机控制和气动力辅助结构简单，同时保证了机构较强的运行稳定性和可靠性。

30、(4)本发明实现了机翼后掠角的同步变化；相较于目前由不同电机控制两翼后掠角的同步变化，单蜗杆控制双蜗轮的机械结构具有更高的可靠性，同时避免了由于不同电机的控制误差导致掠角不同从而产生额外干扰力矩的现象。

31、(5)本发明实现了折叠状态时机翼的不同平面内“层叠式”收纳，提高了空间利用率；且折叠状态的机翼可以收纳到宽度略大于机翼弦长的长方体的机身中，极大地降低了运输成本，使飞行器的使用更加高效。

32、(6)本发明实现了机翼展开后处于同一平面内的效果，相较于目前的“不同平面内折叠展开机构”，能够节省用于平衡额外扭转力矩的舵资源，进而提升了飞行器整体的操纵性能。