一种低成本折叠机翼展开机构的制作方法

1.本发明属于折叠翼飞行器设计领域，涉及一种低成本折叠机翼展开机构。


背景技术：

2.对于当前采用车载、舰载、筒式或箱式发射的巡飞弹、导弹、无人机等飞行器，为了增加航程提升飞行性能，其机翼通常具有较大的展弦比，如此造成机翼的展长尺寸较大。但是，受限于飞行器装载空间，机翼通常成为装载的主要阻碍，因此该类无人机机翼通常采用折叠的方式来减小飞行器整体的收纳尺寸，从而来提高装载能力和综合作战效能。
3.要实现机翼折叠就需要有相应的展开机构。此类展开机构可以将翼面收拢于弹体上，实现高收纳装载，在执行任务时又能使折叠翼在规定条件下展开到规定的位置和规定的形状。从而完成飞行器将大展弦比机翼进行变形控制的功能。
4.与此同时，折叠翼的展开机构需要驱动源，其制造成本将会较大的影响飞行器的费效比，并且机构自身的重量通常会对整机的飞行性能造成不利影响。因此，折叠翼展开机构的可靠性和经济性对飞行器的使用功能和成本有着重要影响。
5.综上，折叠机翼飞行器通常面临着展开机构设计复杂，造价成本高的难题，在降低机构复杂度后绝大多数展开机构只能控制翼面的旋转运动，大大限制了其机翼收纳能力。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种低成本折叠机翼展开机构，以简单的机构形式和低成本的代价完成机翼主翼面展开以及内部拓展翼的弹出，保证飞行器具有大展弦比机翼和较高收纳能力。
7.本发明解决技术的方案是：
8.一种低成本折叠机翼展开机构，包括固定座、2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件；
9.其中，固定座为水平放置的板状结构；2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件均固定安装在固定座上；驱动组件安装在固定座的上表面；2个机翼组件对称安装在驱动组件的两侧，且2个机翼组件的根部与驱动组件旋转连接；减速连接组件的一端同轴安装在驱动组件的输出端；供气组件安装在减速连接组件的另一端；通过驱动组件驱动2个机翼组件同步旋转打开或闭合；通过减速连接组件实现对驱动组件的速度进行调整；通过供气组件驱动2个机翼组件伸长。
10.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，所述驱动组件包括驱动电机、推拉座、蜗杆、滑轨和2个连杆；其中，驱动电机沿固定座轴向设置；蜗杆与驱动电机同轴对接；滑轨设置在蜗杆的下方；推拉座套装在蜗杆上，且与蜗杆螺纹配合；2个连杆对称设置在推拉座的两侧；2个连杆的一端与推拉座旋转连接；2个连杆的另一端分别与对应的机翼组件根部连接。
11.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，驱动组件的工作过程为：
12.驱动电机驱动蜗杆旋转，通过螺纹配合将蜗杆的旋转运动转换为推拉座在滑轨上的往复平移运动；推拉座通过两侧的连杆推动2个机翼组件旋转打开或闭合。
13.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，机翼组件的旋转范围为0
°‑
90
°
；设定机翼组件从0
°
展开到90
°
需要在t时长，推拉座行走的直线路程为l，驱动电机的转速为n，则蜗杆的模数m＝60l/tn。
14.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，所述减速连接组件为直线减速器，直线减速器内部是行星齿轮组，实现对驱动电机输入的转速进行减速；直线减速器的两端分别通过键结构与蜗杆和供气组件连接。
15.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，所述供气组件包括高压气瓶、2个气瓶固定环和气瓶控制阀；高压气瓶通过2个气瓶固定环固定安装在固定座上表面；气瓶控制阀设置在高压气瓶的出口端；气瓶控制阀上设置有2个供气管路，每个供气管路分别与1个机翼组件对应连通。
16.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，所述直线减速器的一端与气瓶控制阀通过键结构连接，实现控制高压气瓶的放气速度。
17.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，设定气瓶控制阀的旋转开关转a圈，实现气瓶从关闭到通气操作；直线减速器实现将驱动电机的转速从n降为n’；为了满足在t时间内机翼组件完成展开运动，直线减速器的输出转速为n’＝60a/t；此时，直线减速器的减速比k＝n/n’＝l/ma。
18.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，所述机翼组件包括主翼面、空心管梁、气囊和拓展翼；其中，空心管梁沿轴向设置在主翼面的内腔中，且空心管梁的一端与对应供气管路连通；空心管梁的另一端与气囊连通；气囊和拓展翼均设置在主翼面的内腔的翼稍处；气囊的一端与主翼面固连，气囊的另一端与拓展翼固连。
19.在上述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：当高压气瓶通过供气管路、空心管梁向气囊充气后，气囊推动拓展翼向外伸出。
20.本发明与现有技术相比的有益效果是：
21.(1)本发明提供一种构造简单的低成本折叠机翼展开机构，该机构具备一定的减速比可以控制实现机翼的旋转展开；
22.(2)本发明同时通过对高压气瓶和气囊的控制实现机翼沿展向方向的弹出；
23.(3)本发明可以以简单的机构形式和低成本的代价完成机翼主翼面展开以及内部拓展翼的弹出，保证飞行器具有大展弦比机翼和较高收纳能力。
附图说明
24.图1为本发明折叠机翼展开机构整体示意图；
25.图2为本发明驱动组件结构示意图；
26.图3为本发明减速连接组件结构示意图；
27.图4为本发明供气组件结构示意图；
28.图5为本发明机翼组件结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
30.本发明提供了一种低成本折叠机翼展开机构，该机构具备一定的减速比可以控制实现机翼的旋转展开，并且同时通过对高压气瓶和气囊的控制实现机翼沿展向方向的弹出。整套机构可以以简单的机构形式和低成本的代价完成机翼主翼面展开以及内部拓展翼的弹出，保证飞行器具有大展弦比机翼和较高收纳能力。
31.低成本折叠机翼展开机构，如图1所示，具体包括固定座、2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件；。其中，固定座为水平放置的板状结构；2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件均固定安装在固定座上；驱动组件安装在固定座的上表面；2个机翼组件对称安装在驱动组件的两侧，且2个机翼组件的根部与驱动组件旋转连接；减速连接组件的一端同轴安装在驱动组件的输出端；供气组件安装在减速连接组件的另一端；通过驱动组件驱动2个机翼组件同步旋转打开或闭合；通过减速连接组件实现对驱动组件的速度进行调整；通过供气组件驱动2个机翼组件伸长。
32.如图2所示，驱动组件包括驱动电机、推拉座、蜗杆、滑轨和2个连杆；其中，驱动电机沿固定座轴向设置；蜗杆与驱动电机同轴对接；滑轨设置在蜗杆的下方；推拉座套装在蜗杆上，且与蜗杆螺纹配合；2个连杆对称设置在推拉座的两侧；2个连杆的一端与推拉座旋转连接；2个连杆的另一端分别与对应的机翼组件根部连接。
33.驱动组件的工作过程为：驱动电机驱动蜗杆旋转，通过螺纹配合将蜗杆的旋转运动转换为推拉座在滑轨上的往复平移运动；推拉座通过两侧的连杆推动2个机翼组件旋转打开或闭合。
34.机翼组件的旋转范围为0
°‑
90
°
；设定机翼组件从0
°
展开到90
°
需要在t时长，推拉座行走的直线路程为l，驱动电机的转速为n，则蜗杆的模数m＝60l/tn。
35.如图3所示，减速连接组件为直线减速器，直线减速器内部是行星齿轮组，实现对驱动电机输入的转速进行减速；直线减速器的两端分别通过键结构与蜗杆和供气组件连接。
36.如图4所示，供气组件包括高压气瓶、2个气瓶固定环和气瓶控制阀；高压气瓶通过2个气瓶固定环固定安装在固定座上表面；气瓶控制阀设置在高压气瓶的出口端；气瓶控制阀上设置有2个供气管路，每个供气管路分别与1个机翼组件对应连通。
37.直线减速器的一端与气瓶控制阀通过键结构连接，实现控制高压气瓶的放气速度。
38.设定气瓶控制阀的旋转开关转a圈，实现气瓶从关闭到通气操作；直线减速器实现将驱动电机的转速从n降为n’；为了满足在t时间内机翼组件完成展开运动，直线减速器的输出转速为n’＝60a/t；此时，直线减速器的减速比k＝n/n’＝l/ma。
39.如图5所示，机翼组件包括主翼面、空心管梁、气囊和拓展翼；其中，空心管梁沿轴向设置在主翼面的内腔中，且空心管梁的一端与对应供气管路连通；空心管梁的另一端与气囊连通；气囊和拓展翼均设置在主翼面的内腔的翼稍处；气囊的一端与主翼面固连，气囊的另一端与拓展翼固连。当高压气瓶通过供气管路、空心管梁向气囊充气后，气囊推动拓展翼向外伸出。
40.实施例
41.驱动组件功能是为整个折叠机翼提供动力源，并带动主翼面进行旋转运动。驱动组件包括驱动电机；连杆(2个)；推拉座；蜗杆；滑轨，如图2所示。驱动电机安装于固定座上，与蜗杆相连接，驱动电机输出轴旋转带动蜗杆进行旋转。蜗杆的螺纹与推拉座螺纹进行配合，带动推拉座沿着滑轨前后往复运动。推拉座通过连杆分别与两侧机翼组件相连接，连杆与两端的连接方式为转轴铰接。假设机翼从0
°
未展开状态到90
°
展开完全状态需要在t(s)内完成，此时推拉座行走的直线路程为l(mm)，驱动电机的转速为n(/min)，则蜗杆的模数m＝60l/tn。
42.驱动组件中的蜗杆在末端通过减速连接组件与后方的供气组件相连接。减速连接组件包括直线减速器；键(2个)；旋转转接件，如图3所示。直线减速器内部是行星齿轮组，功能是对输入的转速n进行减速，降至更低的转速n’(/min)。直线减速器与两端组件的连接均是通过键结构，这有利于提升调试阶段的效率，拔掉键结构后，驱动电机的旋转运动变与后方直线减速器中断了传递，使得在调试翼面旋转运动时不会触发拓展翼的弹出运动。直线减速器与后方气瓶组件的连接通过旋转转接件实现，该件与气瓶组件的连接端将适配阀门的旋转开关。
43.供气组件为机翼组件内部的气囊进行供气，从而控制拓展翼的弹出运动。供气组件包括高压气瓶；气瓶控制阀；供气三通；供气管路，如图4所示。高压气瓶通过两个气瓶固定环与固定座相连。气瓶通过气瓶控制阀进行通断气控制。气瓶控制阀的出气端通过供气管路与供气三通连接，之后分成两路由供气管路分别进入两侧机翼组件。假设气瓶控制阀的旋转开关转a圈(通常a＝1)即可实现气瓶从关闭到通气操作，那么，为了满足在t时间内机翼完成展开运动，直线减速器的输出转速n’＝60a/t，在这种情况下，直线减速器的减速比k＝n/n’＝l/ma。
44.机翼组件是整个机构运动驱动的终端。机翼组件包括主翼面；拓展翼面；气囊；供气管路，如图5所示。来自供气组件的供气管路进入机翼主翼面内部，穿过主翼面的空心管梁与气囊相连。气囊一端与主翼面固定，另一端与拓展翼相连，在充气膨胀后将拓展翼面从主翼面内顶出，实现拓展翼的弹出运动。
45.整个折叠机翼结构可以实现机翼从0
°
的未展开状态运动至90
°
的完全展开状态，同时在转动过程中，气囊的充气使得机翼内部的拓展翼向外弹出，完成整个机翼的展开运动。
46.本发明的具体工作过程为：
47.1.确定机翼组件的展开时间t，根据驱动电机的选型情况计算蜗杆的长度和模数；
48.2.结合气瓶阀门的开闭特性根据公式选择合适的直线减速器；
49.3.将驱动电机与固定座连接；
50.4.将蜗杆与推拉座配合好后通过滑轨与驱动电机相连；
51.5.将气囊和供气管路与拓展翼连接完毕后安装于主翼面内，组成机翼组件；
52.6.将机翼组件安装于固定座上，并通过两个连杆与推拉座相连；
53.7.将直线减速器连同旋转转接件一起固定与安装座上；
54.8.将高压气瓶和气瓶控制阀连接好，使用供气三通将两侧气囊和高压气瓶实现连通；
55.9.将气瓶组件与减速连接组件连接后，用气瓶固定环将气瓶与固定座连接；
56.10.最后使用键结构将驱动组件和气瓶组件通过减速连接组件实现连动；
57.11.通过驱动电机的旋转，控制主翼面的旋转运动和拓展翼面的弹出运动，实现机翼组件的展开运动。
58.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：包括固定座、2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件；其中，固定座为水平放置的板状结构；2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件均固定安装在固定座上；驱动组件安装在固定座的上表面；2个机翼组件对称安装在驱动组件的两侧，且2个机翼组件的根部与驱动组件旋转连接；减速连接组件的一端同轴安装在驱动组件的输出端；供气组件安装在减速连接组件的另一端；通过驱动组件驱动2个机翼组件同步旋转打开或闭合；通过减速连接组件实现对驱动组件的速度进行调整；通过供气组件驱动2个机翼组件伸长。2.根据权利要求1所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：所述驱动组件包括驱动电机、推拉座、蜗杆、滑轨和2个连杆；其中，驱动电机沿固定座轴向设置；蜗杆与驱动电机同轴对接；滑轨设置在蜗杆的下方；推拉座套装在蜗杆上，且与蜗杆螺纹配合；2个连杆对称设置在推拉座的两侧；2个连杆的一端与推拉座旋转连接；2个连杆的另一端分别与对应的机翼组件根部连接。3.根据权利要求2所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：驱动组件的工作过程为：驱动电机驱动蜗杆旋转，通过螺纹配合将蜗杆的旋转运动转换为推拉座在滑轨上的往复平移运动；推拉座通过两侧的连杆推动2个机翼组件旋转打开或闭合。4.根据权利要求3所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：机翼组件的旋转范围为0
°‑
90
°
；设定机翼组件从0
°
展开到90
°
需要在t时长，推拉座行走的直线路程为l，驱动电机的转速为n，则蜗杆的模数m＝60l/tn。5.根据权利要求4所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：所述减速连接组件为直线减速器，直线减速器内部是行星齿轮组，实现对驱动电机输入的转速进行减速；直线减速器的两端分别通过键结构与蜗杆和供气组件连接。6.根据权利要求5所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：所述供气组件包括高压气瓶、2个气瓶固定环和气瓶控制阀；高压气瓶通过2个气瓶固定环固定安装在固定座上表面；气瓶控制阀设置在高压气瓶的出口端；气瓶控制阀上设置有2个供气管路，每个供气管路分别与1个机翼组件对应连通。7.根据权利要求6所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：所述直线减速器的一端与气瓶控制阀通过键结构连接，实现控制高压气瓶的放气速度。8.根据权利要求7所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：设定气瓶控制阀的旋转开关转a圈，实现气瓶从关闭到通气操作；直线减速器实现将驱动电机的转速从n降为n’；为了满足在t时间内机翼组件完成展开运动，直线减速器的输出转速为n’＝60a/t；此时，直线减速器的减速比k＝n/n’＝l/ma。9.根据权利要求6所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：所述机翼组件包括主翼面、空心管梁、气囊和拓展翼；其中，空心管梁沿轴向设置在主翼面的内腔中，且空心管梁的一端与对应供气管路连通；空心管梁的另一端与气囊连通；气囊和拓展翼均设置在主翼面的内腔的翼稍处；气囊的一端与主翼面固连，气囊的另一端与拓展翼固连。10.根据权利要求9所述的一种低成本折叠机翼展开机构，其特征在于：当高压气瓶通过供气管路、空心管梁向气囊充气后，气囊推动拓展翼向外伸出。

技术总结
本发明涉及一种低成本折叠机翼展开机构，属于折叠翼飞行器设计领域；包括固定座、2个机翼组件、驱动组件、减速连接组件和供气组件；驱动组件安装在固定座的上表面；2个机翼组件对称安装在驱动组件的两侧，且2个机翼组件的根部与驱动组件旋转连接；减速连接组件的一端同轴安装在驱动组件的输出端；供气组件安装在减速连接组件的另一端；通过驱动组件驱动2个机翼组件同步旋转打开或闭合；通过减速连接组件实现对驱动组件的速度进行调整；通过供气组件驱动2个机翼组件伸长；本发明以简单的机构形式和低成本的代价完成机翼主翼面展开以及内部拓展翼的弹出，保证飞行器具有大展弦比机翼和较高收纳能力。和较高收纳能力。和较高收纳能力。


技术研发人员：刘瑜 石泳 付新卫 李轩
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/6/27