一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构

本发明涉及一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，属于超高声速飞行器。

背景技术：

1、20世纪50年代开始的对高超声速燃烧及超声速燃烧冲压发动机的研究成为高超声速飞行器技术发展的起步点，与传统的亚声速或超声速飞行器相比，高超声速飞行器飞行速度更快、突防能力更强、隐蔽性更好，大幅度提高了飞行速度和高度，扩展了飞行空域，在军事上具有重要的战略威慑作用，优先发展先进的高超声速飞行器也将是提升一个国家的综合国力的重要因素。世界上主要的航天大国都在高超声速技术研究领域有所涉足，高超声速技术已经从最初的基础研究和概念探索转向工程应用。

2、根据已有飞行器风洞试验和试飞结果，传统布局所能达到的高超声速升阻比极限为4，目前公认最有潜力突破该极限的布局形式为乘波体构型。与常规布局相比，乘波体构型可使飞行过程中产生的激波附着在前缘线上，避免高压气体上溢至上表面，从而获得更高的气动效率。高超声速飞行器和空天飞机对升阻比和一体化设计性能的要求使得乘波机构型成为该领域研究热点，并获得了丰硕的研究成果，使乘波体飞行器的工程化应用越来越接近现实。

3、目前该领域的研究主要集中在乘波体的设计与优化方法、纵向稳定性研究、横航向稳定性研究以及非定常气动力特性。各国研究人员提出了多种乘波体构型生成方法，设计出了λ型乘波体、锥导乘波体、幂次乘波体等多种构型，同时研究了乘波体在不同马赫数下的静稳定问题。但目前的研究主要关注特定乘波体构型在某一速度或速度范围下的气动特性，针对单一飞行状况展开模拟计算分析、风洞测试以及飞行试验，无法做到飞行包线的各个状态都具有最佳气动效率和静稳定性能，固定乘波体构型已经难以满足在当前的真实的作战、侦查等不同复杂环境中执行多任务的需求，能够在高速气流中适应变形并在此过程中外表面能维持乘波体构型的飞行器已成为未来发展方向之一。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述技术问题，进而提供了一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，包括支撑骨架、维形组件及位于支撑骨架内部的变体组件，其中维形组件包括盖体、柔性蒙皮、两个头部弹片及两个尾部弹片，

4、柔性蒙皮包覆在支撑骨架的底部且其边缘与支撑骨架固接，盖体固设在支撑骨架的上部及尾部，

5、两个头部弹片并排布置在柔性蒙皮上方且每个头部弹片上远离另一个头部弹片的一侧均与支撑骨架的底部固接，两个尾部弹片并排布置在柔性蒙皮上方且分别位于两个头部弹片的后方，每个尾部弹片上远离另一个尾部弹片的一侧均与支撑骨架的底部固接，

6、变体组件包括前置电机组件、后置电机组件、前置丝杠滑块组件、后置丝杠滑块组件、前连板、后连板、第一支撑梁及第二支撑梁，支撑骨架内部还安装有两组导向杆，

7、前置电机组件及后置电机组件分别与支撑骨架固接，前置丝杠滑块组件中的前置丝杠对应安装在前置电机组件的输出端，前置丝杠滑块组件中的前置丝母滑块前后滑动安装在一组导向杆上，后置丝杠滑块组件中的后置丝母滑块前后滑动安装在另一组导向杆上，前连板的前端与支撑骨架的前端铰接，前连板的后端与后连板的前端均与第一支撑梁的一端铰接，后连板的后端与第二支撑梁的一端铰接，第一支撑梁的另一端与前置丝母滑块铰接，第二支撑梁的另一端与后置丝母滑块铰接，

8、前连板位于两个头部弹片的上方，后连板位于两个尾部弹片的上方。

9、进一步地，所述支撑骨架包括多骨架主体及两个连接梁，其中两个连接梁并排布置，多骨架主体沿乘波体轴向布置，且每骨架主体的底端均与两个连接梁固接，支撑骨架的前部呈渐收结构。

10、进一步地，多骨架主体的内侧分别安装有前置电机转接座、前置轴承座、后置电机转接座及后置轴承座，前置电机组件固装在前置电机转接座上，后置电机组件固装在后置电机转接座上，前置丝杠和后置丝杠分别通过轴承组件对应转动安装在前置轴承座和后置轴承座上。

11、进一步地，前置丝杠与前置轴承座之间以及后置丝杠与后置轴承座之间分别通过面对面布置的角接触球轴承转动连接。

12、进一步地，每个丝母滑块与其对应的导向杆之间均设置有直线轴承。

13、进一步地，所述盖体包括上盖及尾盖，其中上盖包覆在支撑骨架上方，尾盖位于支撑骨架的后方且与上盖的尾端固接。

14、进一步地，两个尾部弹片的前部与两个头部弹片的后部一一对应搭接。

15、进一步地，每组导向杆中导向杆的数量均为两个且平行布置。

16、进一步地，每个弹片的一侧部与支撑骨架的底部之间均通过若干螺钉固接。

17、进一步地，头部弹片及尾部弹片的材料均为弹簧钢。

18、本发明与现有技术相比具有以下效果：

19、通过前置电机组件及后置电机组件对应控制前置丝杠滑块组件及后置丝杠滑块组件，对应对制第一支撑梁及第二支撑梁，进而对应控制前连杆与后连杆的角度，实现头部弹片和尾部弹片的变形，最终使乘波体底部呈现不同结构。也即通过各支撑梁及各连板为柔性蒙皮变形提供驱动力。

20、本发明的基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，通过设置支撑骨架、维形组件及变体组件，解决了现有乘波体结构飞行器无法做到飞行包线在不同速度状态下都具有最佳气动效率和静稳定性能的问题。

21、本发明采用双电机驱动曲柄滑块的方案，分别实现前、后两控制点的单独运动，配合丝杠和丝母实现运动的精确控制，获得较好的乘波体拟合效果。驱动时电机带电，利用扭矩锁定，断电时电机抱闸锁定，配合丝杠实现多个变体形态的自锁。通过曲柄滑块机构实现行程放大，使得基本外形之间切换时的变形响应时间小于0.1s。

22、采用弹片配合柔性蒙皮维持乘波体构型，通过曲柄滑块推动弹片实现变形，利用弹片回弹力复位，利用柔性蒙皮保证整个升力体底部外形光滑连续。3马赫时乘波体底部呈现中间鼓、尾部缩形态，6马赫时呈现中间缩、尾部缩形态，10马赫时呈现中间缩、尾部鼓状态，以此兼顾高低马赫气动性能，获得更好的升阻比和静稳定性能。

技术特征：

1.一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：包括支撑骨架(1)、维形组件及位于支撑骨架(1)内部的变体组件，其中维形组件包括盖体、柔性蒙皮(2-2)、两个头部弹片(2-3)及两个尾部弹片(2-4)，

2.根据权利要求1所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：所述支撑骨架(1)包括多级骨架主体(1-1)及两个连接梁(1-2)，其中两个连接梁(1-2)并排布置，多级骨架主体(1-1)沿乘波体轴向布置，且每级骨架主体(1-1)的底端均与两个连接梁(1-2)固接，支撑骨架(1)的前部呈渐收结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：多级骨架主体(1-1)的内侧分别安装有前置电机转接座(3-12)、前置轴承座(3-13)、后置电机转接座及后置轴承座，前置电机组件(3-1)固装在前置电机转接座(3-12)上，后置电机组件(3-2)固装在后置电机转接座上，前置丝杠(3-31)和后置丝杠(3-41)分别通过轴承组件对应转动安装在前置轴承座(3-13)和后置轴承座上。

4.根据权利要求3所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：前置丝杠(3-31)与前置轴承座(3-13)之间以及后置丝杠(3-41)与后置轴承座之间分别通过面对面布置的角接触球轴承(3-11)转动连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：每个丝母滑块与其对应的导向杆(3-9)之间均设置有直线轴承(3-10)。

6.根据权利要求1所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：所述盖体包括上盖(2-11)及尾盖(2-12)，其中上盖(2-11)包覆在支撑骨架(1)上方，尾盖(2-12)位于支撑骨架(1)的后方且与上盖(2-11)的尾端固接。

7.根据权利要求1所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：两个尾部弹片(2-4)的前部与两个头部弹片(2-3)的后部一一对应搭接。

8.根据权利要求1所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：每组导向杆(3-9)中导向杆(3-9)的数量均为两个且平行布置。

9.根据权利要求1所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：每个弹片的一侧部与支撑骨架(1)的底部之间均通过若干螺钉固接。

10.根据权利要求3所述的一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，其特征在于：头部弹片(2-3)及尾部弹片(2-4)的材料均为弹簧钢。

技术总结一种基于双驱动曲柄滑块的乘波体变体机构，属于超高声速飞行器技术领域。本发明解决了现有的乘波体结构飞行器无法做到飞行包线的各个状态都具有最佳气动效率和静稳定性能的问题。包括支撑骨架、维形组件及位于支撑骨架内部的变体组件，其中维形组件包括盖体、柔性蒙皮、两个头部弹片及两个尾部弹片。通过设置支撑骨架、维形组件及变体组件，解决了现有乘波体结构飞行器无法做到飞行包线在不同速度状态下都具有最佳气动效率和静稳定性能的问题。技术研发人员：郭宏伟,段恒涛,刘振旭,陈光山,徐浩,万初昕,曹鹏,肖洪受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2