可实现展向弯曲及变展长功能的机翼及空天变体飞行器

本发明属于宇航飞行器，具体涉及一种可实现展向弯曲及变展长功能的机翼及空天变体飞行器。

背景技术：

1、航空工业是国家高端制造业和战略新兴产业，其发展水平是国家工业基础、科技水平、国防实力、综合国力的重要表现和综合体现。飞行器作为空军装备中的中坚力量，面向未来战场需求，对飞行器提出了广空域、宽速域的应用需求，具有多变形态和优良性能的飞行器可以适应各种飞行环境以及任务场景，做到一机多用、一机多域，是未来飞行器发展的重要方向。其中变体飞行器作为可实现形态灵活变形的新型飞行器受到广泛关注。与传统固定气动外形的飞行器相比，变体飞行器可借助变形机构的运动改变自身的气动外形，从而满足宽飞行包线、高性能、低功耗等新的任务需求。

2、变体飞行器机翼变形包括变展长、变后掠角、变展向弯度以及弦向变形等多种形式。机翼变形改变飞行器气动外形的幅度大，形式灵活多样，是实现高效飞行的主要途径之一。

3、ajaj等提出一种适用于小型无人机的展向变跨度方案，通过有效利用机翼两侧的可用空间，采用齿轮齿条以达到展向变跨度的目的。wang等提出一种基于sarrus机构的变展长变形翼，sarrus机构可以显著改变升阻比。李智等提出了一种基于剪叉机构的变展长机翼，该翼采用伺服驱动器驱动，通过滚珠丝杠传动实现机翼展向伸缩变形。

4、comell大学的manzo等研制的一种基于sma作动器的展向分段式变弯度机翼，由四种复合材料部分和abs塑料部分组成，几何结构较为复杂。lazos等研制了一种机翼可以利用特殊设计的单自由度连杆机构、形状记忆合金和拉胀结构等进行驱动，使机翼完成展向弯曲变形。nasa研制了形状记忆合金扭矩管驱动的自适应展向弯曲翼，采用新型形状记忆合金固态驱动器代替液压驱动器，使得其驱动机构重量减少了80％，还开展了展向自适应机翼技术在f-18战斗机上的应用研究。

5、综上，目前的变体飞行器变形形式多样，可实现不同任务下的机翼变形，但在上述几种典型的变形翼机构可以看出大多变体飞行器变形只能针对某种任务实现单一的变形，而非一机多用、一器多能的耦合变形，因此其局限性较为明显，无法满足未来变体飞行器发展需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种可实现展向弯曲及变展长功能的机翼及空天变体飞行器，能够满足在低空中增大升力，高空中减少阻力以及紧急情况下快速机动的战略需求；能够在同一飞行器机翼上实现一机多用、一器多能的耦合变形。

2、本发明的技术方案如下：

3、可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，包括机翼骨架、滑块、刚性翼肋和柔性蒙皮，多个滑块与所述机翼骨架铰接在一起；所述刚性翼肋的内部设有滑轨；四个刚性翼肋并排放置，所述机翼骨架设置在四个刚性翼肋中，通过所述滑块与所述滑轨配合安装在一起将所述机翼骨架与四个刚性翼肋实现串联；所述柔性蒙皮包覆在所述刚性翼肋的外围，行成光滑过渡的翼型。四个刚性翼肋起到支撑机翼内部结构并保持气动外形的作用。

4、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，所述机翼骨架由四个变形模块一、两个变形模块二、三个变形模块三、两个变形模块四及两个变形模块五相互连接，形成六个相连的矩形结构，六个矩形结构按照三个、二个、一个的分布方式排列。

5、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，变形模块一由一个单球头杆、一个球头连接件、一个圆柱连接件、一个单柱短肋板一组成，单球头杆球头端与球头连接件球头端相互连接；球头连接件平动端与圆柱连接件平动端相互连接；圆柱连接件圆柱端与单柱短肋板一圆柱端相互连接；单柱短肋板一上转动端与单球头杆转动端通过销轴相互铰接。

6、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，变形模块二由一个单球头杆、一个球头连接件、一个圆柱连接件、一个单柱长肋板组成，单球头杆球头端与球头连接件球头端相互连接；球头连接件平动端与圆柱连接件平动端相互连接；圆柱连接件圆柱端与单柱长肋板圆柱端相互连接；单柱长肋板上转动端与单球头杆转动端通过销轴相互铰接。

7、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，变形模块三由一个双球头杆、两个球头连接件、两个圆柱连接件、一个双柱长肋板组成，双球头杆一侧球头端与一个球头连接件球头端相互连接；双球头杆另一侧球头端与另一个球头连接件球头端相互连接；一个球头连接件平动端与一个圆柱连接件平动端相互连接；另一个球头连接件平动端与另一个圆柱连接件平动端相互连接；一个圆柱连接件圆柱端与双柱长肋板一个圆柱端相互连接；另一个圆柱连接件圆柱端与双柱长肋板另一个圆柱端相互连接；双柱长肋板上转动端与双球头杆转动端通过销轴相互铰接。

8、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，变形模块四由一个双球头杆、两个球头连接件、两个圆柱连接件、一个双柱短肋板组成，双球头杆一侧球头端与一个球头连接件球头端相互连接；双球头杆另一侧球头端与另一个球头连接件球头端相互连接；一个球头连接件平动端与一个圆柱连接件平动端相互连接；另一个球头连接件平动端与另一个圆柱连接件平动端相互连接；一个圆柱连接件圆柱端与双柱短肋板一个圆柱端相互连接；另一个圆柱连接件圆柱端与双柱短肋板另一个圆柱端相互连接；双柱短肋板上转动端与双球头杆转动端通过销轴相互铰接。

9、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，变形模块五由一个单球头杆、一个球头连接件、一个圆柱连接件、一个单柱短肋板二组成，单球头杆球头端与球头连接件球头端相互连接；球头连接件平动端与圆柱连接件平动端相互连接；圆柱连接件圆柱端与单柱短肋板二圆柱端相互连接；单柱短肋板二上转动端与单球头杆转动端通过销轴相互铰接。

10、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，所述机翼骨架的连接方式为：1#变形模块一的单柱短肋板一左转动端与1#变形模块二的单柱长肋板右转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块二的单柱长肋板左转动端与2#变形模块二的单柱长肋板右转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块二的单柱长肋板左转动端与1#变形模块五的单柱短肋板二右转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块五的球头连接件转动端与2#变形模块一的球头连接件转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块五的圆柱连接件转动端与2#变形模块一的圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块一的单柱短肋板一右转动端与1#变形模块三的双柱长肋板左转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块三的一个球头连接件转动端与2#变形模块二的球头连接件转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块三的一个圆柱连接件转动端与2#变形模块二的圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块三的双柱长肋板右转动端与2#变形模块三的双柱长肋板左转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块三的一个球头连接件转动端与1#变形模块二的球头连接件转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块三的一个圆柱连接件转动端与1#变形模块二的圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块三的双柱长肋板右转动端与1#变形模块四的双柱短肋板左转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块四的一个球头连接件转动端与1#变形模块一的球头连接件转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块四的一个圆柱连接件转动端与1#变形模块一的圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块四的另一个球头连接件转动端与2#变形模块四的一个球头连接件转动端通过销轴相互铰接；1#变形模块四的另一个圆柱连接件转动端与2#变形模块四的一个圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块四的双柱短肋板左转动端与3#变形模块三的双柱长肋板右转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块三的一个球头连接件转动端与2#变形模块三的另一个球头连接件转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块三的一个圆柱连接件转动端与2#变形模块三的另一个圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块三的双柱长肋板左转动端与3#变形模块一的单柱短肋板一右转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块一的球头连接件转动端与1#变形模块三的另一个球头连接件转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块一的圆柱连接件转动端与1#变形模块三的另一个圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块三的另一个球头连接件转动端与4#变形模块一的球头连接件转动端通过销轴相互铰接；3#变形模块三的另一个圆柱连接件转动端与4#变形模块一的圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接；4#变形模块一的单柱短肋板一右转动端与2#变形模块五的单柱短肋板二左转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块五的球头连接件转动端与2#变形模块四的另一个球头连接件转动端通过销轴相互铰接；2#变形模块五的圆柱连接件转动端与2#变形模块四的另一个圆柱连接件转动端通过销轴相互铰接。

11、进一步地，所述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼，1#变形模块一的单球头杆转动端与1#滑块通过销轴相互铰接；1#变形模块二的单球头杆转动端与2#滑块通过销轴相互铰接；2#变形模块二的单球头杆转动端与3#滑块通过销轴相互铰接；1#变形模块五的单球头杆转动端与4#滑块通过销轴相互铰接；1#-4#滑块与1#刚性翼肋的内部滑轨相互配合安装；

12、2#变形模块一的单球头杆转动端与5#滑块通过销轴相互铰接；1#变形模块三的双球头杆转动端与6#滑块通过销轴相互铰接；2#变形模块三的双球头杆转动端与7#滑块通过销轴相互铰接；1#变形模块四的单球头杆转动端与8#滑块通过销轴相互铰接；5#-8#滑块与2#刚性翼肋的内部滑轨相互配合安装；

13、2#变形模块四的单球头杆转动端与9#滑块通过销轴相互铰接；3#变形模块三的双球头杆转动端与10#滑块通过销轴相互铰接；3#变形模块一的单球头杆转动端与11#滑块通过销轴相互铰接；9#-11#滑块与3#刚性翼肋的内部滑轨相互配合；

14、4#变形模块一的单球头杆转动端与12#滑块通过销轴相互铰接；2#变形模块五的单球头杆转动端与13#滑块通过销轴相互铰接；12#-13#滑块与4#刚性翼肋的内部滑轨相互配合。

15、可实现展向弯曲及变展长功能的空天变体飞行器，包括驾驶舱、两个机翼、两个垂直尾翼和机身，驾驶舱位于机身头部；两个机翼在机身两侧对称固定连接，所述机翼为上述的可实现展向弯曲及变展长功能的机翼；两个垂直尾翼在机身尾部对称固定连接。

16、本发明的有益效果为：

17、1、本发明的机翼骨架采用不同模块间的互相组合的设计方案，可实现展向弯曲以及变展长功能。在低空执行任务的过程中，采用大翼展机翼的方式提高飞行器与大气间的升力；在高空执行任务的过程中，采用小翼展机翼的方式减小与大气间的接触与摩擦面积；在遇到需要紧急避险的过程中，采用两侧机翼不同方向弯曲的方式进行飞行器的翻转，从而达到躲避危险的目的；能够以更优的气动外形去满足任务需求。

18、2、本发明的机翼以及机翼骨架，可以有效减小柔性蒙皮变形过程中出现的褶皱，减少反复变形对机翼蒙皮所造成的损伤，显著增加柔性蒙皮变形部分的寿命。

19、3、本发明的机翼骨架变形机构采用模块化方式，能够实现对多种平面形状变形翼机构系列化设计。

20、4、本发明提供的技术不仅适用于宇航技术领域，在机器人、舰载机、家居等其他领域同样具有较高的参考和借鉴价值。

21、5、本发明结构耦合性强，生产安装比较方便，适用于大规模生产制造；通过调节变形模块内组件以及变形模块间的相对运动对机翼进行变形，原理简单便于控制。