一种具备旋转伸缩功能的飞行器机翼

本发明涉及折叠翼飞行器，具体涉及一种具备旋转伸缩功能的飞行器机翼。

背景技术：

1、目前，具备旋转伸缩功能的机翼主要应用于小型折叠翼飞行器中，当飞行器存在装载运输、地面发射以及空中投放等需求时，通常需要把机翼折叠以满足筒直径和长度的约束。现有机翼折叠方式主要包括：单轴旋转机翼、伸缩翼、单轴折叠机翼和z型折叠机翼随着应用场景的多样化发展，对折叠翼无人机的飞行能力，结构可靠性提出了更高要求。

2、其中，单轴旋转机翼面积主要受限于机翼的展长和弦长，机翼的展长与飞机机身长度有关，机翼的弦长与飞机的机身宽度有关，为了保证装载性能，通常这类飞机的机翼弦长必须小于机身宽度，保证飞机折叠后可以近似形成一个圆柱形便于装载运输和发射。然而，受限于以上约束，机翼的展长和弦长受到较大限制导致机翼面积较小，这限制了飞行器的低速飞行能力。

3、为了解决机翼面积不足的问题，公告号cn 215972086 u中国实用新型中提出了一种多轴旋转翼，在主翼的两端各增加一个旋转轴，使得机翼展长可以进一步增大。但是，旋转轴在主翼两端的主轴位置处受限于机翼厚度，强度方面存在不足，限制了这类飞机的载重能力和机动能力，也不适宜高速飞行，主要用于翼载荷较低的无人飞行器中。

4、公开号为cn107187581a的中国专利申请，提出了一种多段伸缩机翼，伸缩机翼组件包括多个子机翼，多个子机翼沿展向依次排布且尺寸逐渐减小。该方案结构效率低，结构重量较大，并且不具备旋转功能，无法满足狭小空间内装载的场景。

5、公开号为cn215851848u的中国实用新型，提出了一种二级可伸缩机翼，虽然实现对机翼面积、翼展以及展弦比在较大范围内的调节，然而该装置不具备旋转功能，无法应用于折叠翼无人机中。现有技术中仍然在提高机翼和满足装载要求方面进行研究，但是存在机构强度较弱，机构可实现性不高，机翼面积不足的问题，无法满足飞行器的装载要求和低速飞行要求，结构可靠性较差。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种具备旋转伸缩功能的飞行器机翼，设计了旋转伸缩翼及其内部结构，将外段机翼嵌套在主机翼内部，根据需要主机翼旋转90°展开和/或将外段机翼从主机翼内部弹出，使机翼同时具备旋转和伸缩功能，而且外段机翼弹出增大机翼面积，能够满足飞机高速和低速飞行速度的翼面积需求，结构可靠，安全性高，折叠后占用空间小。

2、本发明提供了一种具备旋转伸缩功能的飞行器机翼，包括：主机翼1、外段机翼件、旋转机构5和弹簧组件；所述飞行器机翼通过旋转机构5和支架安装在飞行器机身上方或机身下方；

3、进一步的，所述飞行器为无人机；

4、所述外段机翼件包括外段机翼一和外段机翼二；所述弹簧组件包括弹簧件一、弹簧件二；所述旋转机构5用于可旋转伸缩机翼的旋转释放和锁定；所述弹簧组件作为外段机翼件伸出的驱动装置；所述具备旋转伸缩功能的机翼安装于飞行器机身上方或机身下方；

5、本发明一个实施例中，所述旋转机构一5固定安装在所述主机翼1内部的中间位置；所述外段机翼件设置在所述主机翼的内部，通过所述弹簧组件与所述旋转机构5连接。

6、本发明一个实施例中，所述主机翼1包括端肋、舵机4；

7、进一步的，所述外段机翼一包括：外段主翼一2-1、副翼一3-1、翼肋一8、端肋一9、翼肋二10、副翼舵机一11、空速管一12、锁钩一13；所述空速管一包括空速管舵机；

8、所述外段机翼二包括：外段主翼二2-2、副翼二3-2、翼肋三、端肋二、翼肋四、副翼舵机二、空速管二、锁钩二14；如图2；所述外段机翼一设置在所述主机翼和旋转机构5的前侧，所述外段机翼二设置在所述主机翼和旋转机构的后侧，如图1-2；所述外段机翼一、二通过旋转机构控制可以完全收缩进主机翼内；

9、进一步的，所述外段主翼一2-1通过弹簧组件和旋转机构5设置在所述主机翼内部的一侧；所述副翼一3-1连接在所述外段主翼一2-1的左侧；所述翼肋一8设置在所述外段主翼一2-1的后侧；所述端肋一9设置在所述翼肋一8的前侧；所述翼肋二10设置在所述外段主翼一的前侧，用于连接所述弹簧组件；所述副翼舵机一11连接在所述外段主翼一的内部，位于所述端肋一9的前侧；所述空速管一12后端连接在所述外段主翼一的右侧，前端通过空速管一12舵机与弹簧组件连接；

10、所述外段主翼二2-2通过弹簧组件和旋转机构5设置在所述主机翼内部另一侧；所述副翼二3-2连接在所述外段主翼二的左侧；所述翼肋三设置在所述外段主翼二2的前侧；所述端肋二设置在所述翼肋三的后侧；所述翼肋四设置在所述外段主翼二的后侧，用于连接所述弹簧组件；所述副翼舵机二连接在所述外段主翼二的内部，位于所述端肋三的后侧；所述空速管二前端连接在所述外段主翼二的右侧，后端通过空速管二舵机与弹簧组件连接；所述副翼舵机二连接在所述外段主翼二的内部，所述空速管二连接在所述副翼二的右侧；

11、所述锁钩一13的前侧连接所述翼肋一8，所述锁钩二14的后侧连接所述翼肋三；

12、更进一步，所述锁钩一、二与所述外段主翼一、二的弦长的比例关系是1:3～10；

13、本发明技术方案将锁钩一、二分别与离机身最近的翼肋一和翼肋三连接，提高安装稳定性，选取取外段主翼弦长的30％以上，保证了在锁钩进行锁止时的安全有效，在外段机翼一、二和主机翼内部设置多个翼肋、端肋加强了机翼结构强度，翼肋一、二上设置有走线孔，给舵机线、静压管保留走线空间；

14、进一步的，所述旋转机构5包括：旋转底座5-1、舵机4、扭簧18、解锁件、摇臂15和摇臂舵机15-1；

15、进一步的，所述弹簧组件包括弹簧件一和弹簧件二；所述弹簧件一包括弹簧一7、弹簧导轨一6；所述弹簧件二包括弹簧二、弹簧导轨二；

16、所述舵机4贯穿安装在所述主机翼1的中心位置，所述舵机4连接所述旋转底座5-1；所述旋转底座5-1上设置扭簧18，所述扭簧18后侧连接摇臂舵机15-1；所述摇臂舵机15-1的左侧连接所述摇臂15；所述摇臂舵机15-1的后侧连接弹簧件一；

17、所述弹簧一、二分别设置在所述弹簧导轨一、二内部；所述弹簧件一的前侧连接所述翼肋二10，后侧连接所述旋转机构；所述弹簧件二前侧连接所述旋转机构，后侧连接所述翼肋4；所述弹簧导轨一、二保证弹簧一、二在压缩过程中行程稳定，避免出现错位压缩的现象；

18、示例性的，在外段机翼一、二收缩进主机翼1时，锁钩一13和锁钩二14对接，同时摇臂舵机驱动所述摇臂15向下，将锁钩一和锁钩二进行锁定；如图6；当摇臂舵机驱动所述摇臂15上抬时，锁钩一和锁钩二分离，外段机翼一、二收到弹簧件一、二的力伸出主机翼；

19、示例性的，当外段机翼一和外段机翼二伸出后，可通过副翼一、二分别驱动舵面控制飞行器的横滚运动，空速管一、二在弹簧组件的作用下伸出测量空速。

20、进一步的，所述解锁件包括锁销一16、锁销二17、锁扣一16-1和锁扣二17-1；

21、所述锁销一16与外段机翼二和所述舵机4连接；

22、所述锁销二17与所述外段机翼一和所述扭簧18连接；

23、所述锁扣一16-1和所述锁扣二17-1分别设置在所述旋转底座的左右两侧；所述锁扣一16-1与所述舵机4连接；由舵机4控制，所述锁扣一16-1插入或拔出所述锁销一16实现外段机翼锁定或接解除锁定；

24、由扭簧控制，所述锁扣二17-1插入或拔出所述锁销二17进行锁定或接解除锁定；

25、更进一步，所述锁扣一通过舵机4与飞行器机身连接；

26、示例性的，当飞行器机翼进行主翼展开状态时，舵机4控制锁扣一16-1在所述锁销一16中拔出，主机翼1在扭簧18驱动下旋转90°展开后变为平直翼，舵机4驱动锁扣二17-1插入所述锁销一17进行锁定，此时，主机翼完全锁定，到达主翼展开状态。

27、示例性的，当飞行器机翼的外段机翼一、二位于主机翼1外时，舵机4发出锁定指令后，所述弹簧舵机控制弹簧件一、二，将外段机翼一、二缩回，所述锁钩一13、锁钩二14对接，摇臂舵机接收到主舵机4锁定指令控制摇臂15向下卡进锁钩一、二的对接处，所述扭簧18控制锁扣一16-1对所述锁销一16进行锁定，锁扣二17-1对所述锁销二17进行锁定，此时外段机翼一、二收回主机翼内；

28、当外段机翼一、二位于主机翼1内时，当舵机4发出解锁指令后，摇臂15后退，所述锁钩一13和锁钩二14拔出，实现解锁，舵机4驱动解锁件脱出，主机翼1在扭簧18作用下旋转90°，由锁销一、二实现锁定。

29、更进一步，所述外段机翼一、二的总展长与所述主机翼展长的比例关系为：1:7；

30、本发明技术方案中外段机翼一、二的总展长可占主机翼展长的70％，解决机翼面积不足的问题，保证机构功能性的前提下，满足机翼的结构强度要求。

31、本发明一个实施例中，还包括具备旋转伸缩功能的飞行器机翼的三个工作状态；所述三个工作状态包括折叠状态，主翼展开状态，完全展开状态；

32、本发明一个实施例中，当具备旋转伸缩功能的飞行器机翼为折叠状态时，所述外段机翼一、二完全收进主机翼1内，所述锁钩一13、锁钩二14对接，与摇臂15进行卡接，所述锁扣二17-1插入锁销二17中，所述锁扣一1解除锁定；

33、此时，所述主机翼与飞行器机身平行，通过旋转机构5锁定，该状态占用空间最小，适合集群装载运输或发射。如图4；

34、本发明技术方案中设计了多个锁销、锁钩以及组合使用弹簧件和扭簧，不但可以通过较快的速度使锁销分离，而且当飞行器机翼旋转90°后，可以使机翼限定于所需要的位置，同时可以保证两侧外段机翼同步弹出。

35、本发明一个实施例中，当具备旋转伸缩功能的飞行器机翼进行主翼展开，得到主翼展开状态，具体包括：飞行器机翼处于折叠状态，在舵机4驱动下，锁销二17在锁扣二17-1中拔出，主机翼1在扭簧18驱动下旋转90°展开，舵机4驱动锁销一16在扭簧18作用下插入锁扣一16-1进行锁定，此时，主机翼1完全锁定，到达主翼展开状态。

36、本发明一个实施例中，当具备旋转伸缩功能的飞行器机翼进行完全展开，得到飞行器机翼完全展开状态时，具体包括：飞行器处于主翼展开状态时，进入低速飞行状态，需要进一步增大机翼面积以提供足够升力，需要将处于主机翼1内部的外段机翼一、二伸出，舵机4释放解锁指令，在舵机4驱动下，摇臂舵机15-1驱动摇臂15上抬，锁钩一13和锁钩二14离开所述摇臂15，实现解锁，外段机翼一、二分别在弹簧件一、二作用下伸出主机翼，空速管一、二舵机在弹簧件一、二作用下控制空速管一、二伸出，飞行器机翼进入完全展开状态；

37、进一步的，所述低速飞行状态的速度为：30到60m/s；

38、可以理解的是，所述完全展开状态下，飞行器可通过外段机翼一、二上的副翼一、二控制飞行器横滚；为了限制外段机翼一、二伸出主机翼，在端肋一9、端肋二上连接有钢索与主机翼相连，通过钢索限制外段翼伸出距离保证外段翼不脱离机翼；如图4；

39、本发明一个实施例中，为了限制外段机翼一、二伸出主机翼1还包括：采用锁扣实现，在外段机翼一、二上的前梁布置锁扣，在主机翼相应位置处钻孔，当外段机翼一、二到达指定位置后所述锁扣在布置在机翼两端翼尖的弹簧作用下插入锁孔内实现锁定。

40、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：

41、(1)本发明的飞行器机翼通过结构变化，使得机翼具备旋转功能，旋转功能使机翼可以完全平行于飞机机身表面，占用更少的空间，便于集群装载、运输和发射；

42、(2)本发明的飞行器机翼通过结构变化，使得机翼具备伸缩功能，进一步适应多种飞行条件，扩大飞行速度范围，外段机翼处于收缩状态时可以使飞行器高速飞行，当外段机翼伸出主机翼后，翼面积增大，飞行器可以实现更低的飞行速度；外段机翼伸出后，布置在外段机翼上的副翼提高了飞行器的横向控制能力，提高了飞行器的机动能力；

43、(3)本发明的飞行器机翼设计的旋转伸缩机翼其结构紧凑，内部各个部件功能分配合理，可靠性高，可以多次使用；

44、(4)本发明的飞行器机翼设计的旋转伸缩机翼其结构强度较高，主机翼内部通过翼梁和翼肋加强，外段机翼通过与主机翼的搭接面传递弯矩，整体结构一体化程度较高，适用于多种飞行器布局，增强了该装置的市场应用潜力。