阅读说明：本技术 一种用于变体飞机的可收放式鸭翼装置及其使用方法 (Retractable duck wing device for morphing aircraft and using method thereof ) 是由 王宁 孙中超 赵姣 付颖斌 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种用于变体飞机的可收放式鸭翼装置及其使用方法,舱门在鸭翼展开时自动打开,鸭翼收回后自动封闭机身开口,并保持外表面的完整和光滑。本发明设计的可收放式鸭翼装置,在鸭翼驱动组件的驱动下,不需要时鸭翼能够收回机身内,需要时鸭翼能够展开,同时,鸭翼驱动组件与舱门驱动组件之间设计为联动,在鸭翼需要展开或收回时,舱门能自动打开和关闭,仅用一台电机即实现鸭翼的收放和舱门开闭的协同控制。另外,通过在舱门上设置柔性密封片,实现了鸭翼展开状态下的封严功能,保证机身外表面的完整和光滑,将鸭翼收放对飞机气动和隐身性能的不利影响降到最低。(The invention provides a retractable duck wing device for a morphing aircraft and a using method thereof. According to the retractable duck wing device, the duck wings can be retracted into the machine body when not needed under the driving of the duck wing driving assembly, the duck wings can be unfolded when needed, meanwhile, the duck wing driving assembly and the cabin door driving assembly are linked, the cabin door can be automatically opened and closed when the duck wings need to be unfolded or retracted, and the coordinated control of the folding and unfolding of the duck wings and the opening and closing of the cabin door can be realized only by one motor. In addition, the flexible sealing sheet is arranged on the cabin door, so that the sealing function of the duck wing in the unfolding state is realized, the completeness and smoothness of the outer surface of the airplane body are ensured, and the adverse effect of the duck wing folding and unfolding on the pneumatic and stealthy performances of the airplane is minimized.)

一种用于变体飞机的可收放式鸭翼装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及飞机结构设计领域，特别是涉及一种用于变体飞机的可收放式鸭翼装置及其使用方法。

背景技术

可收放式鸭翼是变体飞机改变外形、提高飞机性能的一种重要手段。如原苏联图-144飞机通过机头的一对可收放的鸭翼来改善小展弦比三角翼起降特性差的特点，美国F-14飞机通过在机翼前侧设置一对可收放的扇翼对超音速飞行时和主翼后掠时产生的升力中心后移的现象进行平衡。

近年来，各国对隐身飞机的研究越来越多，对可收放式鸭翼的设计提出了更高的要求。从消除角反射器效应和与机翼构成升力体的方面考虑，现代隐身飞机的机身多采用由凹凸曲线组成的翼身融合体结构。对收放式鸭翼及其封严装置提出了如下要求：鸭翼在操纵机构的驱动下能收回机身和展开；封严装置能在鸭翼展开时自动打开，在鸭翼收回时自动闭合，并在飞行过程中始终保持封严效果。

在现役飞机中，鸭翼主要用于产生涡流，延缓失速，改善大迎角性能，或用于改善跨音速过程中安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力，增强机动性。鸭翼的运动方式主要有两种：(1)前缘固定，后缘设置有类似襟翼的机构，如瑞典萨博-37；(2)通过Y向的转轴安装到机身上，并可绕转轴转动，如“阵风”、JAS-39等。现有的飞机中鸭翼机构向后收放的研究和应用较少。

原苏联的图-144客机不涉及到隐身的问题，可收放式鸭翼直接设到机头上方。美国F-14战斗机也不涉及到隐身的问题，可收放式扇翼平板式结构，向外展开时，充当一块固定式的鸭翼，用于在主翼后掠时对升力中心后移现象进行改善。扇翼向内收回后，扇翼前缘与翼套上的矩形开口相重合，并将矩形开口进行密封。该扇翼为平板结构，厚度较薄，前缘没有修形，气动效率较低，无法满足现代高性能隐身飞机的要求。另外，现有的基于智能结构和材料的鸭翼收放方式尚处于概念研究阶段，距工程实用尚有较大的距离。因此，基于传统材料和结构，针对变体飞机设计一种能满足上述所提设计要求的可收放式鸭翼及其封严装置具有较强的现实意义。

发明内容

针对未来变体飞机改变气动外形的问题，提出一种用于变体飞机的可收放式鸭翼装置及其使用方法，舱门在鸭翼展开时自动打开，鸭翼收回后自动封闭机身开口，并保持外表面的完整和光滑。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于变体飞机的可收放式鸭翼装置，包括舱门组件、舱门驱动组件、鸭翼组件和鸭翼驱动组件；

鸭翼组件包括鸭翼和鸭翼转轴，鸭翼固定连接在鸭翼转轴上；

舱门组件包括舱门支座、舱门和柔性密封片，舱门设置两个，舱门通过舱门支座铰接安装在机身上，舱门上设置有与鸭翼的弦向截面相匹配的缺口，缺口内安装柔性密封片，两个舱门关闭时，能使机身上的开口封严，鸭翼展开状态下，两个舱门关闭后，鸭翼位于两个舱门上的缺口处，且柔性密封片使缺口处封严；

鸭翼驱动组件通过驱动鸭翼转轴转动带动鸭翼从机身上的开口处伸展和收回；

舱门驱动组件与鸭翼驱动组件联动，用于驱动舱门打开和关闭；

优选的，鸭翼驱动组件包括槽轮、拨盘、拨盘转轴和电机，槽轮和拨盘组成一套槽轮机构；槽轮固定连接在鸭翼转轴上，电机的输出轴和拨盘均同轴固定连接在拨盘转轴上，拨盘转轴与鸭翼转轴平行。

进一步的，槽轮上设置有径向槽，径向槽的两侧分别设置有一个弧形凹槽；拨盘上设置有滚轮，滚轮的直径与所述径向槽的宽度配合，拨盘的上设置有一个圆形的凸台，凸台的直径与所述的弧形凹槽相配合，凸台上靠滚轮的一侧设置有一个弧形缺口。

进一步的，舱门驱动组件包括齿轮组件、往复丝杠、丝杠支座、滑块和两个连杆；往复丝杠转动安装在丝杠支座上，滑块安装在往复丝杠上，一连杆两端分别与滑块和一舱门铰接连接，另一连杆两端分别与滑块和另一舱门铰接连接；拨盘转轴转动时通过齿轮组件带动往复丝杠转动。

进一步的，齿轮组件包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮，第一齿轮和第二齿轮为锥形齿轮，第一齿轮固定连接在拨盘转轴上，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮同轴固定连接在一起，第五齿轮固定连接在往复丝杠上，第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮依次啮合。

优选的，还包括中央翼盒，鸭翼转轴转动安装在中央翼盒上，鸭翼驱动组件和舱门驱动组件安装在中央翼盒内。

所述的用于变体飞机的可收放式鸭翼装置的使用方法，包括：

1)令初始状态为鸭翼收回状态，舱门关闭；

2)舱门驱动组件驱动舱门向打开的方向运动；

3)舱门的打开宽度大于鸭翼的厚度后，鸭翼驱动组件驱动鸭翼向展开方向运动，舱门继续向打开的方向运动；

4)鸭翼展开到二分之一位置时，舱门驱动组件驱动舱门向关闭的方向运动；

5)鸭翼展开到设计位置时，鸭翼驱动组件继续驱动舱门向关闭的方向运动直到舱门运动到关闭位置，在此过程中柔性密封片发生弹性变形，并贴紧在鸭翼的外表面；

6)鸭翼收回的操作方法与上述过程相反。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明设计的可收放式鸭翼装置，在鸭翼驱动组件的驱动下，不需要时鸭翼能够收回机身内，需要时鸭翼能够展开，同时，鸭翼驱动组件与舱门驱动组件之间设计为联动，在鸭翼需要展开或收回时，舱门能自动打开和关闭，仅用一台电机即实现鸭翼的收放和舱门开闭的协同控制。另外，通过在舱门上设置柔性密封片，实现了鸭翼展开状态下的封严功能，保证机身外表面的完整和光滑，将鸭翼收放对飞机气动和隐身性能的不利影响降到最低。

进一步的，通过一套槽轮机构实现舱门和鸭翼运动的分离，使二者在运动过程中不会发生干涉。

进一步的，通过一套往复丝杠机构实现舱门的自动打开和关闭，此过程中不需要改变电机转动方向；通过以上手段，仅需控制电机连续转过一定角度即可实现鸭翼的展开(收回)和舱门的开闭，控制系统的结构和逻辑得以简化。

附图说明

图1是本发明在鸭翼收回状态下的立体图；

图2是本发明在鸭翼展开状态下(舱门打开)的立体图；

图3是本发明在鸭翼展开状态下(舱门关闭)的立体图；

图4是鸭翼收回状态下的内部结构立体图一；

图5是鸭翼收回状态下的内部结构立体图二；

图6是鸭翼展开状态下的内部结构立体图；

图7是本发明内部结构分解图；

图8是本发明的局部内部结构图；

图9～图12是鸭翼展开过程示意图；

图13是舱门组件在关闭状态的立体图；

图14是舱门组件在打开状态的立体图；

图15是舱门结构立体图；

图16是槽轮机构立体图；

图17是槽轮结构立体图；

图18是拨盘结构立体图；

图19是拨盘与第一齿轮结构立体图。

在图中，1是机身；2是舱门支座；3是舱门；4是柔性密封片；5是鸭翼；6是中央翼盒；7是鸭翼转轴；8是槽轮；81是径向槽；82是弧形凹槽；9是拨盘；91是滚轮；92是凸台；93是弧形缺口；10是拨盘转轴；11是电机；12是第一齿轮；13是第二齿轮；14是第三齿轮；15是第四齿轮；16是第五齿轮；17是往复丝杠；18是丝杠支座；19是滑块；20是连杆。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

可收放式鸭翼装置包括两套舱门组件、一套舱门驱动组件、一套鸭翼组件、一套鸭翼驱动组件和一个中央翼盒6。

如图7和图8所示，一套鸭翼组件包括一个鸭翼5与一个鸭翼转轴7，鸭翼5固接在鸭翼转轴7上，鸭翼转轴7通过竖直方向的转动副安装在中央翼盒6上。

如图16～图19所示，一套鸭翼驱动组件包括一个槽轮8、一个拨盘9、一个拨盘转轴10和一个电机11，槽轮8和拨盘9组成一套槽轮机构；槽轮8上设置有一个径向槽81，径向槽81的两侧分别设置有一个弧形凹槽82；拨盘9上设置有一个滚轮91，滚轮91的直径与所述径向槽81的宽度配合，拨盘9的上侧设置有一个圆形的凸台92，直径与所述的弧形凹槽82相配合，凸台92上靠滚轮91的一侧设置有一个弧形缺口93；槽轮8固接在鸭翼转轴7上，电机11的输出轴和拨盘9均同轴固接在拨盘转轴10上，拨盘转轴10通过竖直方向的转动副安装在中央翼盒6上。拨盘转轴10与鸭翼转轴7平行。

如图13、图14和图15所示，一套舱门组件包括三个舱门支座2、一个舱门3和一个柔性密封片4，舱门3通过其接头安装在三个舱门支座2上，舱门支座2固接在机身1的内部；舱门3上设置有与鸭翼5的弦向截面相匹配的缺口，缺口内安装柔性密封片4。柔性密封片4形状和尺寸与所述缺口相一致。

如图4～图8所示，一套舱门驱动组件包括第一齿轮12、第二齿轮13、第三齿轮14、第四齿轮15、第五齿轮16、一个往复丝杠17、两个丝杠支座18、一个滑块19和两个连杆20；第一齿轮12和第二齿轮13为锥形齿轮，其余齿轮为圆柱直齿轮；第一齿轮12固接在拨盘转轴10上，第一齿轮12与第二齿轮13啮合，第二齿轮13与第三齿轮14同轴固接在一起，组成一个齿轮轴，并通过水平方向的转动副安装在中央翼盒6内部，第四齿轮15通过水平方向的转动副安装在中央翼盒6内部，第五齿轮16固接在往复丝杠17上，第三齿轮14、第四齿轮15和第五齿轮16依次啮合；往复丝杠17通过转动副安装在两个丝杠支座18上，丝杠支座18固接在中央翼盒6上，滑块19安装在往复丝杠17上，一连杆20两端分别通过转动副与滑块19和一舱门3铰接连接，另一连杆20两端分别通过转动副与滑块19和另一舱门3铰接连接。

如图1-图3所示，机身1的横截面为纺锤形，鸭翼5位于机身1中部，机身1上设置有供鸭翼5展开伸出的开口，舱门形状和尺寸与机身1上的开口相一致，两个舱门3关闭时，能使机身1上的开口封严。鸭翼展开状态下，两个舱门3关闭后，鸭翼5位于两个舱门3上的缺口处，且柔性密封片4使缺口处封严。

本发明的操作方法和过程如下：

1.令初始状态为鸭翼收回状态，舱门3关闭，滚轮91位于径向槽81的外部，鸭翼5由于弧形凹槽82和凸台92的限位作用不会转动；

2.电机11通电开始转动，驱动拨盘转轴10、第一齿轮12和拨盘9转动，第一齿轮12依次带动第二齿轮13、第三齿轮14、第四齿轮15、第五齿轮16和往复丝杠17转动，往复丝杠17带动滑块19和连杆20向机身1外侧方向运动，同时带动舱门3打开，此过程中滚轮91位于径向槽81的外部，鸭翼转轴7和鸭翼5不会转动，如图9所示；

3.舱门3的打开宽度大于鸭翼5的厚度后，滚轮91进入径向槽81，槽轮8和鸭翼转轴7在电机11的驱动下转动，鸭翼5展开，舱门3继续打开，如图10所示；

4.鸭翼5展开到二分之一位置时，滑块19在往复丝杠17上向外运动到极限位置，槽轮8和鸭翼转轴7在电机11的驱动下继续转动，往复丝杠17开始驱动滑块19向内侧运动，如图11所示；

5.滚轮91与径向槽81脱离后，鸭翼5展开到设计位置，电机11继续转动，带动滑块19继续向机身1的内侧方向运动，直到舱门3运动到关闭位置，如图12所示，在此过程中密封片4发生弹性变形，并贴紧在鸭翼5的外表面，实现局部封严效果；

6.鸭翼5收回的操作方法与上述过程相反。