一种基于并联机构的飞行器变头锥装置

本发明涉及航空航天，具体涉及一种基于并联机构的飞行器变头锥装置。

背景技术：

1、为了可能改善空天飞行器的气动性能，使其能够满足多样复杂的航天任务，变体飞行器应运而生。变体飞行器作为空天飞行器的改良结构，在面对复杂飞行条件下通过改变机翼或者头锥的形状，以一种优于当前结构的外形实现减阻、降温等效果，有利于提高飞行器的飞行性能。

2、头锥作为飞行器前端的结构，凭借着其特殊的流线型结构，既可以减轻机体在飞行过程中产生的气动阻力，而且也可以保护内腔结构免受冲击和振动。不同类型的头锥在各种环境下的气动效果也不同；为了使头锥能够在各个阶段都能实现最佳构型，进而降低阻力减轻能耗，增加飞行器的机动性，将头锥结构改良为变形机构，使头锥在各种阶段总是维持最佳外形。为此，本发明提出一种基于并联机构的飞行器变头锥装置。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何将并联机构与机构运动目标相结合，选取合适的构型实现头锥整体的伸缩和弯曲，提供了一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，该变头锥装置的伸缩和弯曲能够产生升力和偏航力矩，从而改变飞机的机动性，实现可控的轨迹变化

2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括头锥外壳、伸缩弯曲驱动杆件机构、辅助运动杆件机构、驱动机构；所述头锥外壳包括多个锥节，所述驱动机构设置在头锥外壳的基段锥节上，并与所述伸缩弯曲驱动杆件机构连接，所述头锥外壳的各锥节之间通过伸缩弯曲驱动杆件机构、辅助运动杆件机构连接；

3、所述伸缩弯曲驱动杆件机构和所述辅助运动杆件机构在头锥外壳内部呈对称分布，所述伸缩弯曲驱动杆件机构和辅助运动杆件机构在头锥外壳内部沿周向呈交错布置，所述飞行器变头锥装置在伸缩弯曲驱动杆件机构和辅助运动杆件机构的共同作用下具有伸缩和弯曲两个自由度。

4、更进一步地，所所述头锥外壳包括由前至后依次包括头段锥节、多段中间锥节、基段锥节，所述基段锥节直径最大，两端直径相等呈圆柱状，多段所述中间锥节直径逐渐减小，呈圆台状，所述头段锥节采用球钝型头锥作为头锥外形。

5、更进一步地，所述伸缩弯曲驱动杆件机构包括两组关于头锥外壳水平中分面对称安装的伸缩弯曲驱动杆系，每一组伸缩弯曲驱动杆系均包括多组依次连接的三平行四边形传动杆系，三平行四边形传动杆系的数量与中间锥节数量相同，第一组三平行四边形传动杆系的输入端与基段锥节上的驱动机构连接，最后一组三平行四边形传动杆系的输出端与头段锥节连接。

6、更进一步地，单组所述三平行四边形传动杆系包括多个传动杆，配合头锥外壳形成三个平行四边形传动杆系，其中，第二、三、八传动杆与头锥外壳形成第一个平行四边形传动杆系，第一、四、三、五传动杆形成第二个平行四边形传动杆系，第五、八、六、七传动杆形成第三个平行四边形传动杆系，第一传动杆的一端与驱动机构的驱动轴连接，同时作为三平行四边形传动杆系的驱动杆，第七传动杆同时作为下一组三平行四边形传动杆系的驱动杆。

7、更进一步地，所述第二传动杆与第三传动杆的一端通过销轴挡圈连接于第一传动杆的中部两侧，第三传动杆的另一端与第八传动杆的一端通过销轴挡圈连接于第五传动杆的一端两侧，第五传动杆的另一端与第六传动杆的一端通过销轴挡圈连接于第四传动杆的一端两侧，第四传动杆的另一端通过销轴挡圈连接于第一传动杆的另一端，第六传动杆的另一端通过销轴挡圈连接于第七传动杆的中部一侧，第二传动杆的另一端铰接于一个传动杆支座上，第七的一端与第八传动杆的另一端铰接于另一个传动杆支座上，上述两个传动杆支座均通过传动杆连接座连接在对应的同一中间锥节上，其中，传动杆支座与传动杆连接座固定连接，传动杆连接座与中间锥节固定连接。

8、更进一步地，所述辅助运动杆件机构为两组，关于头锥外壳垂直中分面对称分布安装，每组辅助运动杆件机构均包括多组依次连接的rrru支链，rrru支链的数量比中间锥节数量多一，在相邻两组rrru支链中，前一组rrru支链的u副与后一组rrru支链的r副铰接，在同组rrru支链中，r副与u副铰接，第一组rrru支链的r副还与基段锥节连接，最后一组rrru支链的u副还与头段锥节连接，中间各组rrru支链中的u副还分别对应与各中间锥节连接。

9、更进一步地，每组rrru支链均包括首接头、第一管、中接头、接头、第二管、末接头、万向铰，所述首接头通过第一管与中接头连接，第一管与首接头、中接头固定连接，第二管与末接头、接头固定连接，中接头与接头铰接，末接头与万向铰铰接，万向铰与后一组rrru支链中的首接头铰接。

10、更进一步地，所述万向铰包括u副第一转动接头、u副第二转动接头、万向铰支座，所述u副第一转动接头与前一组rrru支链中的末接头铰接，u副第二转动接头与万向铰支座铰接，u副第一转动接头通过花键轴与u副第二转动接头铰接，万向铰支座与头锥外壳固定连接。

11、更进一步地，在第一组rrru支链中，首接头通过r副支座与基段锥节固定连接，在最后一组rrru支链中，万向铰支座还与头段锥节固定连接。

12、更进一步地，所述驱动机构为两组，分别与对应的伸缩弯曲驱动杆件机构连接，驱动机构包括电机、行星减速器、联轴器、齿轮减速箱、驱动轴，所述电机、行星减速器、联轴器、齿轮减速箱、驱动轴均安装所述基段锥节上，所述电机与行星减速器连接，所述行星减速器通过联轴器与齿轮减速箱输入轴连接，驱动轴通过联轴器与齿轮减速箱输出轴连接。

13、更进一步地，所述驱动机构还包括电机固定板、行星减速器固定板，所述电机通过电机固定板安装在基段锥节上，所述行星减速器通过行星减速器固定板安装在所述电机固定板上。

14、本发明相比现有技术具有以下优点：

15、1、将并联机构与机构运动目标相结合，以实际运用自由度需求为出发点，借助并联机构的构型综合，利用约束螺旋法对各并联支链进行型综合设计选取合适的机构构型，并且只需要在头锥基段安装两处驱动，控制伸缩弯曲驱动杆件机构驱动杆的旋转运动即可实现头锥整体的伸缩和弯曲运动；

16、2、变头锥的伸缩和弯曲能够产生升力和偏航力矩，从而改变飞行器的机动性，且凭借着其特殊的流线型结构，既可以减轻机体在飞行过程中产生的气动阻力，而且也可以保护内腔结构免受冲击和振动，从而可实现可控的轨迹变化，提升飞行性能。

技术特征：

1.一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，包括：头锥外壳、伸缩弯曲驱动杆件机构、辅助运动杆件机构、驱动机构；所述头锥外壳包括多个锥节，所述驱动机构设置在头锥外壳的基段锥节上，并与所述伸缩弯曲驱动杆件机构连接，所述头锥外壳的各锥节之间通过伸缩弯曲驱动杆件机构、辅助运动杆件机构连接；

2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，所述头锥外壳包括由前至后依次包括头段锥节、多段中间锥节、基段锥节，所述基段锥节直径最大，两端直径相等呈圆柱状，多段所述中间锥节直径逐渐减小，呈圆台状，所述头段锥节采用球钝型头锥作为头锥外形。

3.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，所述伸缩弯曲驱动杆件机构包括两组关于头锥外壳水平中分面对称安装的伸缩弯曲驱动杆系，每一组伸缩弯曲驱动杆系均包括多组依次连接的三平行四边形传动杆系，三平行四边形传动杆系的数量与中间锥节数量相同，第一组三平行四边形传动杆系的输入端与基段锥节上的驱动机构连接，最后一组三平行四边形传动杆系的输出端与头段锥节连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，单组所述三平行四边形传动杆系包括多个传动杆，配合头锥外壳形成三个平行四边形传动杆系，其中，第二、三、八传动杆与头锥外壳形成第一个平行四边形传动杆系，第一、四、三、五传动杆形成第二个平行四边形传动杆系，第五、八、六、七传动杆形成第三个平行四边形传动杆系，第一传动杆的一端与驱动机构的驱动轴连接，同时作为三平行四边形传动杆系的驱动杆，第七传动杆同时作为下一组三平行四边形传动杆系的驱动杆。

5.根据权利要求4所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，所述第二传动杆与第三传动杆的一端通过销轴挡圈连接于第一传动杆的中部两侧，第三传动杆的另一端与第八传动杆的一端通过销轴挡圈连接于第五传动杆的一端两侧，第五传动杆的另一端与第六传动杆的一端通过销轴挡圈连接于第四传动杆的一端两侧，第四传动杆的另一端通过销轴挡圈连接于第一传动杆的另一端，第六传动杆的另一端通过销轴挡圈连接于第七传动杆的中部一侧，第二传动杆的另一端铰接于一个传动杆支座上，第七的一端与第八传动杆的另一端铰接于另一个传动杆支座上，上述两个传动杆支座均通过传动杆连接座连接在对应的同一中间锥节上，其中，传动杆支座与传动杆连接座固定连接，传动杆连接座与中间锥节固定连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，所述辅助运动杆件机构为两组，关于头锥外壳垂直中分面对称分布安装，每组辅助运动杆件机构均包括多组依次连接的rrru支链，rrru支链的数量比中间锥节数量多一，在相邻两组rrru支链中，前一组rrru支链的u副与后一组rrru支链的r副铰接，在同组rrru支链中，r副与u副铰接，第一组rrru支链的r副还与基段锥节连接，最后一组rrru支链的u副还与头段锥节连接，中间各组rrru支链中的u副还分别对应与各中间锥节连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，每组rrru支链均包括首接头、第一管、中接头、接头、第二管、末接头、万向铰，所述首接头通过第一管与中接头连接，第一管与首接头、中接头固定连接，第二管与末接头、接头固定连接，中接头与接头铰接，末接头与万向铰铰接，万向铰与后一组rrru支链中的首接头铰接。

8.根据权利要求7所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，所述万向铰包括u副第一转动接头、u副第二转动接头、万向铰支座，所述u副第一转动接头与前一组rrru支链中的末接头铰接，u副第二转动接头与万向铰支座铰接，u副第一转动接头通过花键轴与u副第二转动接头铰接，万向铰支座与头锥外壳中的对应锥节固定连接。

9.根据权利要求7所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，在第一组rrru支链中，首接头通过r副支座与基段锥节固定连接，在最后一组rrru支链中，万向铰支座还与头段锥节固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，其特征在于，所述驱动机构为两组，分别与对应的伸缩弯曲驱动杆件机构连接，驱动机构包括电机、行星减速器、联轴器、齿轮减速箱、驱动轴，所述电机、行星减速器、联轴器、齿轮减速箱、驱动轴均安装所述基段锥节上，所述电机与行星减速器连接，所述行星减速器通过联轴器与齿轮减速箱输入轴连接，驱动轴通过联轴器与齿轮减速箱输出轴连接。

技术总结本发明公开了一种基于并联机构的飞行器变头锥装置，属于航空航天技术领域，包括头锥外壳、伸缩弯曲驱动杆件机构、辅助运动杆件机构、驱动机构。本发明将并联机构与机构运动目标相结合，以实际运用自由度需求为出发点，借助并联机构的构型综合，利用约束螺旋法对各并联支链进行型综合设计选取合适的机构构型，并且只需要在头锥基段安装两处驱动，控制伸缩弯曲驱动杆件机构驱动杆的旋转运动即可实现头锥整体的伸缩和弯曲运动，伸缩和弯曲能够产生升力和偏航力矩，从而改变飞行器的机动性，且凭借着其特殊的流线型结构，既可以减轻机体在飞行过程中产生的气动阻力，而且也可以保护腔内结构免受冲击和振动，从而可实现飞行轨迹变化，提升飞行性能。技术研发人员：杨慧,黄忠豪,姚言普,王岩,乔尚岭,李传扬受保护的技术使用者：燕山大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29