CN104986346B - 水面变形起降装置 - Google Patents

Abstract

水面变形起降装置，属于海洋工程的远海作业技术领域。本发明为了解决现有飞行器布局固定，已经无法满足飞行器执行远海环境起降的多任务需求的问题。本装置的主体机构I相当于“骨骼”，传动机构II相当于“肌肉”，联动机构III相当于“皮肤”；“骨骼”主要起支撑作用；“肌肉”为运动提供动能；“皮肤”包括轻型、复合材料蒙皮变形结构，起到一种保护内部结构作用；“骨骼”位于装置的中心及偏下位置，“肌肉”位于装置的“骨骼”与“皮肤”之间的连接位置，“皮肤”位于装置的最外侧位置；“骨骼”与“肌肉”之间采用铰链进行连接，“皮肤”通过铰链与“肌肉”进行连接。本发明主要用于海洋作业平台人员及物资的定时输送的直升飞机的起降。

Description

水面变形起降装置

技术领域

本发明涉及一种水面起降装置，具体的说是涉及一种水面变形起降装置，主要用于海洋作业平台人员及物资的定时输送的直升飞机的起降，属于海洋工程的远海作业技术领域。

背景技术

海底油气资源的勘探开发促使海洋作业平台应运而生并快速发展。随着海洋工程项目的不断发展，作为海洋工程开发的直接需要，较大型的海洋作业平台通常直接设有机降平台，承载直升机等飞行器向平台定时输送人员、物资的需要。

目前，水面起降方式分为：平台起降与滑水起降。采用直平台起降需要单独架设机降平台，而滑水起降落点难以控制，无论平台起降与滑水起降普遍存在效率低、效费比差的问题，急需改变物资运送飞行器的水面起降方式。然而，传统飞行器布局固定，已经无法满足飞行器执行远海环境起降的多任务需求，这促进了飞行器局部变形和变形飞行器的发展。变形飞行器的变形方案对其飞行性能有直接的影响。变形飞行器的主要优势就在于能够根据飞行任务调整气动布局，提高了每一个任务段的飞行性能，基于水面起降落、飞、停多功能作业要求，亟待提出了一种具有一定的灵活性、高效性、多用性要求的水面变形起降装置。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种水面变形起降装置，以至少解决现有飞行器布局固定，已经无法满足飞行器执行远海环境起降的多任务需求的问题。水面变形起降装置在水面起降作业时，其能够适应水面和空中两种运动状态，平稳起降，结构可变形、收放，适应结构气动特性和水动力特性要求，具有可变中心气道、结构轻型。

本发明的水面变形起降装置，包括主体机构、传动机构和联动机构，所述主体结构包括齿条、中心平台和支撑架体；所述传动机构包括多个拖拽连杆、多个平移连杆和液压推进装置；所述联动机构III包括多个可折叠蒙皮、多个平移蒙皮、多个上气道门和多个下气道门；

所述液压推进装置安装在支撑架体上，中心平台套设在支撑架体外部，液压推进装置的推进端与中心平台固定连接，中心平台在液压推进装置的带动下上下运动，中心平台的外围均布有多个拖拽连杆，中心平台通过拖拽连杆与可折叠蒙皮的连接，拖拽连杆带动可折叠蒙皮折叠，支撑架体的下端外围均布有多个平移连杆，平移连杆与拖拽连杆在周向间隔布置，平移蒙皮上设置有平移滑道，平移连杆的下端在平移滑道上滑动，平移蒙皮上还设置有定位销滑行滑道，可折叠蒙皮的底面设置有销轴，销轴沿定位销滑行滑道滑动；

多个平移蒙皮中的一个平移蒙皮上设置有齿条，主动齿轮轴组与齿条啮合，每个上气道门通过一个上伞形齿轮轴组与支撑架体的上端转动连接，每个下气道门通过一个下伞形齿轮轴组与支撑架体的下端转动连接，任意一个下伞形齿轮轴组的轴中部还固定有一个第一伞形齿轮，主动齿轮轴组与下伞形齿轮轴组啮合，多个下伞形齿轮轴组首尾依次啮合实现同步运行，竖直伞形齿轮轴组安装在支撑架体上，且竖直伞形齿轮轴组的下齿轮与第一伞形齿轮啮合，一个上伞形齿轮轴组的轴中部还固定有一个第二伞形齿轮，第二伞形齿轮与第一伞形齿轮上下对应，竖直伞形齿轮轴组的上齿轮与第二伞形齿轮啮合，多个上伞形齿轮轴组首尾依次啮合实现同步运行。

进一步地：平移蒙皮上均匀分布有筋板，以增加强度，防止失稳。

进一步地：可折叠蒙皮上均匀分布有筋板，以增加强度，防止失稳。

进一步地：支撑架体的下部还设置有多个支撑部件，支撑部件承托在平移蒙皮的底面上。如此设置，便于平移蒙皮变形。

进一步地：相邻的可折叠蒙皮与平移蒙皮之间通过弹性密封材料连接。蒙皮间装有可变性弹性密封材料,根据装置空间状态和结构受力,在一定范围内展开或压缩以达到密封蒙皮的作用，起降装置在水中和空中同时具有良好的气密和水密特性。

本发明所达到的效果为：

1、中心平台与液压推进装置固连在一起，液压缸的伸缩带动中心平台的运动，液压推进装置是唯一动力源。

2、整个装置的变形过程有两个，过程1：从落水状态转变为飞行状a态，过程2：从飞行状态转变为落水状态。

3、上下气道门的开合可形成不同的进气道口，具有抵抗落重，形成飞行下落阻力，减少落重和冲击；或提升飞行器正向升力的作用。

4、由落水状态变为飞行状态与由飞行状态变为落水状态互为逆过程，落水状态时，整个装置的底面面积最大，具有良好的漂浮力，飞行状态时，整个装置的体积变小，具有良好的气动性能。

5、起降装置中心体和支架均采用复合材料设计，减轻重量，结构状态转换方便，密封材料同时受压形变，起降装置在水中和空中同时具有良好的气密和水密特性。

附图说明

图1是起落装置结构下落状态轴侧图；

图2是起落装置结构起升状态俯视图；

图3是起落装置结构起升状态侧视图；

图4是起落装置结构下落状态俯视图；

图5是起落装置下部系统传动俯视图；

图6是图5的Q处放大图；

图7是图6的W向视图；

图8是起落装置结构系统传动前视图；

图9是起落装置下部俯视图；

图10是图9的A-A剖面图；

图11是起落装置结构系统传动前视图；

图12是起落装置底部传动侧视图；

图13是起落装置整体传动图。

图中：1-液压推进装置；2-定位销滑行滑道；3-齿条；4-可折叠蒙皮；5-平移蒙皮；7-拖拽连杆；8-中心平台；9-主动齿轮轴组；10-上气道门；11-下气道门；12-销轴；100-支撑部件；105-竖直伞形齿轮轴组；107-支撑架体；109-平移连杆；110-平移滑道；111-上伞形齿轮轴组；112-下伞形齿轮轴组；113-第一伞形齿轮；114-第二伞形齿轮；120-弹性密封材料。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如附图所示，本发明的实施例提供了一种水面变形起降装置，包括主体机构I、传动机构II和联动机构III，

其中主体机构I相当于“骨骼”，传动机构II相当于“肌肉”，联动机构III相当于“皮肤”；“骨骼”主要起支撑作用；“肌肉”为运动提供动能；“皮肤”包括轻型、复合材料蒙皮变形结构，起到一种保护内部结构作用；“骨骼”位于装置的中心及偏下位置，“肌肉”位于装置的“骨骼”与“皮肤”之间的连接位置，“皮肤”位于装置的最外侧位置；“骨骼”与“肌肉”之间采用铰链进行连接，“皮肤”通过铰链与“肌肉”进行连接，具体如下：

所述主体结构I包括齿条3、中心平台8和支撑架体107；所述传动机构II包括多个拖拽连杆7、多个平移连杆109和液压推进装置1；所述联动机构III包括多个可折叠蒙皮4、多个平移蒙皮5、多个上气道门10和多个下气道门11；

所述液压推进装置1安装在支撑架体107上，中心平台8套设在支撑架体外部，液压推进装置1的推进端与中心平台8固定连接，中心平台8在液压推进装置1的带动下上下运动，中心平台8的外围均布有多个拖拽连杆7，中心平台8通过拖拽连杆7与可折叠蒙皮4的连接，拖拽连杆7带动可折叠蒙皮4折叠，支撑架体107的下端外围均布有多个平移连杆109，平移连杆109与拖拽连杆7在周向间隔布置，平移蒙皮5上设置有平移滑道110，平移连杆109的下端在平移滑道110上滑动，平移蒙皮5上还设置有定位销滑行滑道2，可折叠蒙皮4的底面设置有销轴12，销轴12沿定位销滑行滑道2滑动，相邻的可折叠蒙皮4与平移蒙皮5之间通过弹性密封材料120连接；

通过控制液压推进装置1的伸缩来控制中心平台8的上下移动，中心平台8带动拖拽连杆7上下移动，拖拽连杆7与可折叠蒙皮4连在一起，即可带动可折叠蒙皮4折叠和沿水平方向向中心的移动，可折叠蒙皮4下面连接有销轴12，在向中心移动时，伴随着可折叠蒙皮4的移动，销轴12滑入定位销滑行滑道2，带动平移蒙皮5运动，在远离中心平台8的运动时，销轴12伴随着可折叠蒙皮4向外运动，带动平移蒙皮5向外移动，当销轴12滑出定位销滑行滑道2时，平移蒙皮5停止运动；

多个平移蒙皮5中的一个平移蒙皮上设置有齿条3，主动齿轮轴组9与齿条3啮合，每个上气道门10通过一个上伞形齿轮轴组111与支撑架体107的上端转动连接，每个下气道门11通过一个下伞形齿轮轴组112与支撑架体107的下端转动连接，任意一个下伞形齿轮轴组112的轴中部还固定有一个第一伞形齿轮113，多个下伞形齿轮轴组112首尾依次啮合实现同步运行，主动齿轮轴组9与下伞形齿轮轴组112啮合，竖直伞形齿轮轴组105安装在支撑架体107上，且竖直伞形齿轮轴组105的下齿轮与第一伞形齿轮113啮合，一个上伞形齿轮轴组111的轴中部还固定有一个第二伞形齿轮114，第二伞形齿轮114与第一伞形齿轮113上下对应，竖直伞形齿轮轴组105的上齿轮与第二伞形齿轮114啮合，多个上伞形齿轮轴组111首尾依次啮合实现同步运行；

当平移蒙皮5运动时带动齿条3运动，齿条3与第一伞形齿轮113啮合，下伞形齿轮轴组112连在下气道门11上，平移蒙皮5的收缩将会带动下气道门11关闭，上气道门10、下气道门11通过中心的竖直伞形齿轮轴组105联系在一起，当下气道门11关闭时带动竖直伞形齿轮轴组105转动，竖直伞形齿轮轴组105的转动带动上气道门10的关闭。上下气道门的开合可形成不同的进气道口，具有抵抗落重，形成飞行下落阻力，减少落重和冲击；或提升飞行器正向升力的作用。

该水面变形起降装置由层次型结构的仿生“骨骼”、“肌肉”、“皮肤”构成，水面变形起降装置的骨骼、肌肉、皮肤采用一体化的变形方式，通过收放、分离和结合等变形，构成水面变形起降装置。落水面时，水面变形起降装置可周向展开，增大结构浮力；空中飞行时，水面变形起降装置结构收缩，密闭，具有较好的气动特性，水面变形起降装置在水面可执行落、飞、停三种功能。

根据气体附壁作用的康达效应和气体流动作用的伯努利方程，起飞和下落过程，中心平台“骨骼”在“肌肉”的带动下，使水面变形起降装置的蒙皮变形形成气道；下落过程，变形的中心气道有抵抗落重，形成飞行下落阻力，可以减少落重和冲击；起飞过程，调节张角，使装置蒙皮形成可变形的中心气道，具有正向升力。

水面变形起降装置采用复合材料设计，减轻重量，结构状态转换起降装置在水中和空中，同时具有良好的气密和水密特性。

进一步，“骨骼”主要由中心平台8、齿条3、销轴12等主要装置组成，中心平台8与“肌肉”中的拖拽连杆7相连接，以便带动“肌肉”Ⅱ使装置蒙皮移动，以扩大底面面积。

进一步，“肌肉”主要是由多个平移连杆109和液压推进装置1等主要装置组成；液压推进装置1为液压缸，液压缸位于中心平台8的下侧，且与中心平台相连接，通过液压推进为装置提供变形的动力。

进一步，“皮肤”主要由平移蒙皮5、可折叠蒙皮4、上气道门10、下气道门11、筋板等组成，蒙皮与“肌肉”中的拖拽连杆7连接在一起，筋板均匀分布于蒙皮的内侧或外侧，以达到加固、稳定的作用。

进一步，将拖拽连杆7与中心平台8通过转动副相连接，“皮肤”通过与“肌肉”进行连接，将拖拽连杆7与可折叠蒙皮4连接在一起，通过控制液压缸的伸缩来控制中心平台的上下移动，和可折叠蒙皮4的变形，蒙皮上均匀分布有筋板，以增加强度，防止失稳。

进一步，可折叠蒙皮4底部带有固定的销轴12，销轴12在伴随着可折叠蒙皮运动中会滑入位于平移蒙皮5上的定位销滑行滑道2，从而带动平移蒙皮5移动，支撑架体107的下部还设置有多个支撑部件100，支撑部件100承托在平移蒙皮5的底面上。如此设置，便于平移蒙皮5变形。

进一步，平移蒙皮5与齿条3固连在一起，平移蒙皮5的移动带动齿条运动3，齿条3与齿轮轴组配合，“皮肤”中的上、下气道门通过“肌肉”中的通过中心的竖直伞形齿轮轴组105联系在一起，当下气道门11关闭时带动竖直伞形齿轮轴组105转动，竖直伞形齿轮轴组105的转动带动上气道门10的关闭。通过齿轮的转向控制气道门的开合。

进一步，整体结构的动力由液压缸提供，通过各连杆和液压推进装置将动力传送到蒙皮，液压力对蒙皮产生推拉力，使组合蒙皮结构变形，并形成气道。

进一步，根据射流原理，通过中心气道的结构变形和改型，以及中心气道结构的进一步优化，可使中心气道形成兼具射流功能的中心气道，通过反向调节射流的方法，提高飞行器的升力，或可减小落水时给装置所造成的冲击。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.水面变形起降装置，其特征在于：包括主体机构(I)、传动机构(II)和联动机构(III)，所述主体结构(I)包括齿条(3)、中心平台(8)和支撑架体(107)；所述传动机构(II)包括多个拖拽连杆(7)、多个平移连杆(109)和液压推进装置(1)；所述联动机构(III)包括多个可折叠蒙皮(4)、多个平移蒙皮(5)、多个上气道门(10)和多个下气道门(11)；

所述液压推进装置(1)安装在支撑架体(107)上，中心平台(8)套设在支撑架体外部，液压推进装置(1)的推进端与中心平台(8)固定连接，中心平台(8)在液压推进装置(1)的带动下上下运动，中心平台(8)的外围均布有多个拖拽连杆(7)，中心平台(8)通过拖拽连杆(7)与可折叠蒙皮(4)的连接，拖拽连杆(7)带动可折叠蒙皮(4)折叠，支撑架体(107)的下端外围均布有多个平移连杆(109)，平移连杆(109)与拖拽连杆(7)在周向间隔布置，平移蒙皮(5)上设置有平移滑道(110)，平移连杆(109)的下端在平移滑道(110)上滑动，平移蒙皮(5)上还设置有定位销滑行滑道(2)，可折叠蒙皮(4)的底面设置有销轴(12)，销轴(12)沿定位销滑行滑道(2)滑动；

多个平移蒙皮(5)中的一个平移蒙皮上设置有齿条(3)，主动齿轮轴组(9)与齿条(3)啮合，每个上气道门(10)通过一个上伞形齿轮轴组(111)与支撑架体(107)的上端转动连接，每个下气道门(11)通过一个下伞形齿轮轴组(112)与支撑架体(107)的下端转动连接，任意一个下伞形齿轮轴组(112)的轴中部还固定有一个第一伞形齿轮(113)，主动齿轮轴组(9)与下伞形齿轮轴组(112)啮合，多个下伞形齿轮轴组(112)首尾依次啮合实现同步运行，竖直伞形齿轮轴组(105)安装在支撑架体(107)上，且竖直伞形齿轮轴组(105)的下齿轮与第一伞形齿轮(113)啮合，一个上伞形齿轮轴组(111)的轴中部还固定有一个第二伞形齿轮(114)，第二伞形齿轮(114)与第一伞形齿轮(113)上下对应，竖直伞形齿轮轴组(105)的上齿轮与第二伞形齿轮(114)啮合，多个上伞形齿轮轴组(111)首尾依次啮合实现同步运行。

2.根据权利要求1所述的水面变形起降装置，其特征在于：平移蒙皮上均匀分布有筋板。

3.根据权利要求2所述的水面变形起降装置，其特征在于：可折叠蒙皮(4)上均匀分布有筋板。

4.根据权利要求2所述的水面变形起降装置，其特征在于：支撑架体(107)的下部还设置有多个支撑部件(100)，支撑部件(100)承托在平移蒙皮(5)的底面上。

5.根据权利要求1所述的水面变形起降装置，其特征在于：相邻的可折叠蒙皮(4)与平移蒙皮(5)之间通过弹性密封材料(120)连接。