CN109515683B - 一种可变弦长和弯度的变形机翼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变弦长和弯度的变形机翼，包括机翼前缘段，机翼中段和机翼后缘段，所述机翼前缘段和机翼中段通过翼梁连接，所述机翼中段和机翼后缘段通过纵墙连接，所述翼梁将机翼固定在机身上；所述机翼中段包含多组平行布置的变形单元，每组变形单元的纵向中心面与机翼前缘段所包含的前肋片以及机翼后缘段所包含的后肋片的纵向中心面处于同一面内，共同组成一个可变形翼肋，飞机控制系统能够控制各个翼肋的形状同时产生变化，从而使机翼产生连续变形，使机翼弦长和弯度发生改变。本变形机翼能够在较大范围内改变机翼的弦长和弯度，能够调节飞机升阻比，提升翼型效率，使飞机在不同工况下保持最优性能。

Description

一种可变弦长和弯度的变形机翼

技术领域

本发明涉及一种可变弦长和弯度的变形机翼，属于航空航天设备技术领域。

背景技术

机翼是决定飞机整体空气动力的关键部件，其外形对于飞机的综合性能有着重要影响。在不同的飞行环境和飞行任务下，根据实际情况改变机翼的自身气动外形能够改变飞机的升阻比，起降距离，油耗，航程，机动性和隐身性等性能参数，从而使飞机在飞行过程中保持总体性能最优。

由于变形机翼具有的种种优势，从上个世纪开始，国外就开展了大量的研究工作。从第二次世界大战结束后，美国就研制了一系列可变后掠翼飞机，例如X5（1951-1958），F111（1964-2010），F-14（1970-2006）。近年来，美国在国防部高级研究计划局(DARPA)的“可变形飞行器结构(MAS)”计划和“智能翼(Smart Wing)”的资助下，继续研制了可变后掠机翼以及变弯度机翼。此外，国外多所大学和公司也开展了多个种类的变形机翼研究工作，包含折叠机翼，变后掠机翼，变展长机翼，变弯度机翼，变弦长机翼，变厚度机翼以及变翼尖机翼等。中国虽在变形机翼方面的研究工作起步相较于国外较晚，但也有高校和研究所也开展了相应的研究工作，例如哈尔滨工业大学，西北工业大学，南京航空航天大学，北京航空航天大学，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所等。

现有的变形机翼有上述一些优点，但是与固定机翼相比，变形机翼具有强度低和质量大等缺点；此外，机翼变形方式单一，变形范围小，变形过程稳定性和可靠性较低也是在实际应用过程中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，针对现有变形机翼强度差、质量大、变形方式单一、变形范围小、变形过程稳定性和可靠性差的问题，提出一种可变弦长和弯度的变形机翼。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可变弦长和弯度的变形机翼，包括机翼前缘段，机翼中段和机翼后缘段，所述机翼前缘段和机翼中段通过翼梁连接，所述机翼中段和机翼后缘段通过纵墙连接，所述翼梁将机翼固定在机身上；所述机翼中段包含多组平行布置的变形单元，每组变形单元的纵向中心面与机翼前缘段所包含的前肋片以及机翼后缘段所包含的后肋片的纵向中心面处于同一面内，共同组成一个可变形翼肋，飞机控制系统能够控制各个翼肋的形状同时产生变化，从而使机翼产生连续变形，使机翼弦长和弯度发生改变。

所述机翼前缘段是由多个前肋片、桁条、前缘段蒙皮和翼梁组成的翼盒结构，其中多个前肋片固定在翼梁上，桁条布置在多个前肋片的边缘之间构成机翼前缘段的骨架，前缘段蒙皮包裹在前肋片和桁条上组成翼盒结构。

所述机翼后缘段是由多个后肋片、桁条、后缘段蒙皮和纵墙组成的翼盒结构，其中多个后肋片固定在纵墙上，桁条布置在多个后肋片的边缘之间构成机翼后缘段的骨架，后缘段蒙皮包裹在后肋片和桁条上组成翼盒结构。

所述机翼中段由柔性上蒙皮，柔性下蒙皮和多组平行布置的变形单元构成，所述变形单元两端安装在翼梁和纵墙上，所述柔性上蒙皮和柔性下蒙皮的右端通过铆钉与变形单元右侧的纵墙固定连接，柔性上蒙皮和柔性下蒙皮的左端与前缘段蒙皮有重叠区域，并且两者之间能够相对滑动。

每组所述变形单元包含翼梁、纵墙、上端可伸缩驱动部件、下端可伸缩驱动部件、可伸缩随动部件以及多个铰链，所述上端可伸缩驱动部件通过铰链连接在翼梁、纵墙之间的上端，所述下端可伸缩驱动部件通过铰链连接在翼梁、纵墙之间的下端，翼梁、纵墙、上端可伸缩驱动部件、下端可伸缩驱动部件形成一个四边形结构，所述可伸缩随动部件安装在四边形结构的对角线上。每组所述变形单元包含的可伸缩随动部件为一个或两个。当一个变形单元内只布置一个可伸缩随动部件时，机翼中段中多组变形单元内布置的可伸缩随动部件中的至少一个与其他可伸缩随动部件成一定角度交叉布置。

所述可伸缩驱动部件和可伸缩随动部件均由能够线性移动的部件制成，包括液压缸、液压杆、气压缸、滚珠丝杆；并且在处于不运动状态时，具有锁紧功能。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本变形机翼能够在较大范围内改变机翼的弦长和弯度，能够调节飞机升阻比，提升翼型效率，使飞机在不同工况下保持最优性能。

2、本变形机翼的变形机构单元构成翼肋的一部分，避免在机翼原有结构基础上额外添加变形机构，有效减轻了变形机翼整体的质量；同时，随动部件、驱动部件、翼梁和纵墙组成的多个三角形稳定结构能够使变形机翼有较高的强度。

3、采用多个驱动变形小单元承担变形过程中受到的各种阻力，能够使变形过程更加稳定；即使有部分驱动器损坏，同样能够保证变形过程的顺利进行，有效提高了变形过程的可靠性。

附图说明

图1为本发明在初始状态时的三维结构示意图；

图2为本发明在初始状态时的主视图；

图3为本发明中两个驱动单元在初始状态时的轴测图；

图4为本发明中两个驱动单元的机构示意图；

图5为本发明经过两种变形方法操作后其弦长变长以及机翼向下弯曲时的机构运动示意图主视图；

图6为实施例2中四个驱动单元的机构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。

如图1和图2所示，一种可变弦长和弯度的变形机翼，包括机翼前缘段Ⅰ，机翼中段Ⅱ和机翼后缘段Ⅲ，所述机翼前缘段Ⅰ和机翼中段Ⅱ通过翼梁2连接，所述机翼中段Ⅱ和机翼后缘段Ⅲ通过纵墙7连接，所述翼梁2将机翼固定在机身上；所述机翼中段Ⅱ包含多组平行布置的变形单元51，每组变形单元51的纵向中心面与机翼前缘段Ⅰ所包含的前肋片1以及机翼后缘段Ⅲ所包含的后肋片9的纵向中心面处于同一面内，共同组成一个可变形翼肋50，飞机控制系统能够控制各个翼肋50的形状同时产生变化，从而使机翼产生连续变形，使机翼弦长和弯度发生改变。

如图2所示，所述机翼前缘段Ⅰ是由多个前肋片1、桁条14、前缘段蒙皮12和翼梁2组成的翼盒结构，其中多个前肋片1固定在翼梁2上，桁条14布置在多个前肋片1的边缘之间构成机翼前缘段Ⅰ的骨架，前缘段蒙皮12包裹在前肋片1和桁条14上组成翼盒结构。所述机翼后缘段Ⅲ是由多个后肋片9、桁条14、后缘段蒙皮8和纵墙7组成的翼盒结构，其中多个后肋片9固定在纵墙7上，桁条14布置在多个后肋片9的边缘之间构成机翼后缘段Ⅲ的骨架，后缘段蒙皮8包裹在后肋片9和桁条14上组成翼盒结构。

如图2和图3所示，所述机翼中段Ⅱ由柔性上蒙皮4，柔性下蒙皮11和多组平行布置的变形单元51构成，所述变形单元51两端安装在翼梁2和纵墙7上，所述柔性上蒙皮4和柔性下蒙皮11的右端通过铆钉与变形单元51右侧的纵墙7固定连接，柔性上蒙皮4和柔性下蒙皮11的左端与前缘段蒙皮12有重叠区域，并且两者之间能够相对滑动。

如图2和图3所示，每组所述变形单元51包含翼梁2、纵墙7、上端可伸缩驱动部件3、下端可伸缩驱动部件10、可伸缩随动部件以及多个铰链13，所述上端可伸缩驱动部件3通过铰链13连接在翼梁2、纵墙7之间的上端，所述下端可伸缩驱动部件10通过铰链13连接在翼梁2、纵墙7之间的下端，翼梁2、纵墙7、上端可伸缩驱动部件3、下端可伸缩驱动部件10形成一个四边形结构，所述可伸缩随动部件安装在四边形结构的对角线上。每组所述变形单元51包含的可伸缩随动部件为一个或两个。如图6所示，驱动变形单元51内只布置一个可伸缩随动部件，并且机翼中段Ⅱ内部相邻的驱动单元51内布置的可伸缩随动部件成一定角度交叉布置，其正视图如图2所示，此时能够进一步减轻机翼整体的质量。

所述可伸缩驱动部件和可伸缩随动部件均由能够线性移动的部件制成，包括液压缸、液压杆、气压缸、滚珠丝杆；并且在处于不运动状态时，具有锁紧功能。

本发明机翼的控制过程如下：

如图4和图5，本变形机翼在变形时有两种操作方法，包括锁定下三角形改变上三角形状和锁定上三角形改变下三角形状，通过这两种操作方式不仅能够使机翼向上弯曲，向下弯曲，还能使机翼的弦长发生改变。

如图5所示，锁定下三角形改变上三角形状的方法具体如下：锁紧所有下端可伸缩驱动部件10和所有与其右侧相连接的第一可伸缩随动部件5，则由此两种部件和翼梁2构成的三角形结构形状固定，此时上端可伸缩驱动部件3、第二可伸缩随动部件6均不处于锁紧状态，通过控制多个上端可伸缩驱动部件3使其长度改变，则由多个上端可伸缩驱动部件3和与其左侧相连的第一可伸缩随动部件5以及纵墙7组成的三角形结构形状会发生改变。

如图5所示，锁定上三角形改变下三角形状的方法具体如下：锁定所有上端可伸缩驱动部件3和所有与其右侧相连接的第二可伸缩随动部件6，则由此两种部件和翼梁2构成的三角形结构形状固定，此时下端可伸缩驱动部件10、第一可伸缩随动部件5均不处于锁紧状态，通过操作多个下端可伸缩驱动部件10使其长度改变，则由多个下端可伸缩驱动部件10和与其右侧相连的第一可伸缩随动部件5以及纵墙7组成的三角形结构形状会发生改变。

Claims (6)

1.一种可变弦长和弯度的变形机翼，其特征在于，包括机翼前缘段(Ⅰ)，机翼中段(Ⅱ)和机翼后缘段(Ⅲ)，所述机翼前缘段(Ⅰ)和机翼中段(Ⅱ)通过翼梁(2)连接，所述机翼中段(Ⅱ)和机翼后缘段(Ⅲ)通过纵墙(7)连接，所述翼梁(2)将机翼固定在机身上；所述机翼中段(Ⅱ)包含多组平行布置的变形单元(51)，每组变形单元(51)的纵向中心面与机翼前缘段(Ⅰ)所包含的前肋片(1)以及机翼后缘段(Ⅲ)所包含的后肋片(9)的纵向中心面处于同一面内，共同组成一个可变形翼肋(50)，飞机控制系统能够控制各个翼肋(50)的形状同时产生变化，从而使机翼产生连续变形，使机翼弦长和弯度发生改变；所述机翼中段(Ⅱ)由柔性上蒙皮(4)，柔性下蒙皮(11)和多组平行布置的变形单元(51)构成，所述变形单元(51)两端安装在翼梁(2)和纵墙(7)上，所述柔性上蒙皮(4)和柔性下蒙皮(11)的右端通过铆钉与变形单元(51)右侧的纵墙(7)固定连接，柔性上蒙皮(4)和柔性下蒙皮(11)的左端与前缘段蒙皮(12)有重叠区域，并且两者之间能够相对滑动；

每组所述变形单元(51)包含翼梁(2)、纵墙(7)、上端可伸缩驱动部件(3)、下端可伸缩驱动部件(10)、可伸缩随动部件以及多个铰链(13)，所述上端可伸缩驱动部件(3)通过铰链(13)连接在翼梁(2)、纵墙(7)之间的上端，所述下端可伸缩驱动部件(10)通过铰链(13)连接在翼梁(2)、纵墙(7)之间的下端，翼梁(2)、纵墙(7)、上端可伸缩驱动部件(3)、下端可伸缩驱动部件(10)形成一个四边形结构，所述可伸缩随动部件安装在四边形结构的对角线上；

所述变形机翼在变形时有两种操作方法，包括锁定下三角形改变上三角形状和锁定上三角形改变下三角形状，通过这两种操作方式使机翼向上弯曲，向下弯曲，还能使机翼的弦长发生改变；

锁定下三角形改变上三角形状的方法具体如下：

锁紧所有下端可伸缩驱动部件(10)和所有与其右侧相连接的第一可伸缩随动部件(5)，则由此两种部件和翼梁(2)构成的三角形结构形状固定，此时上端可伸缩驱动部件(3)、第二可伸缩随动部件(6)均不处于锁紧状态，通过控制多个上端可伸缩驱动部件(3)使其长度改变，则由多个上端可伸缩驱动部件(3)和与其左侧相连的第一可伸缩随动部件(5)以及纵墙(7)组成的三角形结构形状会发生改变；

锁定上三角形改变下三角形状的方法具体如下：

锁定所有上端可伸缩驱动部件(3)和所有与其右侧相连接的第二可伸缩随动部件(6)，则由此两种部件和翼梁(2)构成的三角形结构形状固定，此时下端可伸缩驱动部件(10)、第一可伸缩随动部件(5)均不处于锁紧状态，通过操作多个下端可伸缩驱动部件(10)使其长度改变，则由多个下端可伸缩驱动部件(10)和与其右侧相连的第一可伸缩随动部件(5)以及纵墙(7)组成的三角形结构形状会发生改变。

2.根据权利要求1所述的可变弦长和弯度的变形机翼，其特征在于，所述机翼前缘段(Ⅰ)是由多个前肋片(1)、桁条(14)、前缘段蒙皮(12)和翼梁(2)组成的翼盒结构，其中多个前肋片(1)固定在翼梁(2)上，桁条(14)布置在多个前肋片(1)的边缘之间构成机翼前缘段(Ⅰ)的骨架，前缘段蒙皮(12)包裹在前肋片(1)和桁条(14)上组成翼盒结构。

3.根据权利要求1所述的可变弦长和弯度的变形机翼，其特征在于，所述机翼后缘段(Ⅲ)是由多个后肋片(9)、桁条(14)、后缘段蒙皮(8)和纵墙(7)组成的翼盒结构，其中多个后肋片(9)固定在纵墙(7)上，桁条(14)布置在多个后肋片(9)的边缘之间构成机翼后缘段(Ⅲ)的骨架，后缘段蒙皮(8)包裹在后肋片(9)和桁条(14)上组成翼盒结构。

4.根据权利要求1所述的可变弦长和弯度的变形机翼，其特征在于，所述可伸缩驱动部件和可伸缩随动部件均由能够线性移动的部件制成，包括液压缸、液压杆、气压缸、滚珠丝杆；并且在处于不运动状态时，具有锁紧功能；其中主动部件可包括液压缸、液压杆、气压缸、滚珠丝杆。

5.根据权利要求1所述的可变弦长和弯度的变形机翼，其特征在于，每组所述变形单元(51)包含的可伸缩随动部件为一个或两个。

6.根据权利要求5所述的可变弦长和弯度的变形机翼，其特征在于，当一个变形单元(51)内只布置一个可伸缩随动部件时，机翼中段(Ⅱ)中多组变形单元(51)内布置的可伸缩随动部件中的至少一个与其他可伸缩随动部件成一定角度交叉布置。

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