CN113120220B - 一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞行器机翼前缘结构领域，特别涉及一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统。包括：前梁(1)、前缘舱梁(6)、单驱动轴(16)、驱动机构(3)、连接杆(4)以及主驱动臂(9)。本申请的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，能够实现对整个三维变弯度机翼前缘的完全同时的弯度控制，避免出现分布式控制中的协调控制问题，并且能够减少协调控制系统带来的精度和重量问题；三维单轴驱动系统沿着展向布置，利用了前缘舱沿展向呈现狭长形状的特点，从而使得驱动系统结构紧凑、空间利用率高、结构简单、重量轻；能够利用连接杆的拉伸受力特性，从而避免连接杆失稳，进而减小驱动杆的尺寸，降低重量。

Description

一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统

技术领域

本申请属于飞行器机翼前缘结构领域，特别涉及一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统。

背景技术

变弯度机翼前缘是针对传统前缘襟翼和缝翼提出的一种连续、光滑无缝的可变弯度机翼前缘结构，可以实现机翼翼型随飞行状态的实时优化，在降噪、层流飞行、提高巡航气动效率和提高隐身性等方面具有明显的优势，是未来远程类军民机增升装置发展的必然趋势。

目前，针对高承载、大变形的大型远程飞机，变弯度机翼前缘采用刚柔耦合的结构方案是最有效的一种实现手段，现已成为短期内最具前景的一种方式。但针对三维机翼，此类刚柔耦合的变弯度前缘在驱动结构/机构的实现方面多采用分布式驱动，即每个驱动肋站位处都需要布置一个驱动器，这将导致驱动系统重量的显著增加，严重影响了变弯度机翼的工程应用。同时，由于机翼前缘在弦向尺寸有限，沿弦向的驱动器安装空间也受到了局限，对变弯度机翼的变形能力有较大影响。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，包括：

前梁，所述前梁安装在机翼前缘的内部，与机翼前缘的蒙皮连接，所述前梁与所述蒙皮之间形成前缘舱，所述前梁上设置有单驱动轴轴承；

前缘舱梁，所述前缘舱梁安装在所述前缘舱中，将所述前缘舱分隔成第一前缘舱以及第二前缘舱，所述前缘舱梁上开设有开口，所述开口的一侧设置有固定支座；

单驱动轴，所述单驱动轴设置在所述第一前缘舱中，与所述单驱动轴轴承连接；

驱动机构，所述驱动机构与所述单驱动轴连接，用于驱动所述单驱动轴沿机翼展向移动；

连接杆，所述连接杆设置在所述第一前缘舱中，其一端通过联轴器与所述单驱动轴连接；

主驱动臂，所述主驱动臂设置在所述第二前缘舱中，所述主驱动臂上设置有第一安装部、第二安装部以及第三安装部，所述第一安装部与所述机翼前缘的蒙皮铰接，所述第二安装部与所述前缘舱梁上的固定支座铰接，所述第三安装部穿过所述前缘舱梁上的开口与所述连接杆的另一端铰接。

可选地，所述前梁上沿展向等间距设置有多个单驱动轴轴承。

可选地，所述蒙皮为玻璃纤维增强复合材料或杂交型复合材料制成的柔性蒙皮。

可选地，所述驱动机构为驱动电机。

可选地，所述驱动机构为液压作动器。

可选地，所述前缘舱梁上沿展向开设有多个开口，所述主驱动臂以及所述连接杆沿展向相适配设置有多组。

可选地，所述前缘舱梁上的开口呈矩形。

可选地，所述连接杆的端部设置有球接头，所述主驱动臂的第三安装部穿过所述前缘舱梁上的开口与所述球接头铰接。

可选地，

所述第二前缘舱的蒙皮内壁面上设置有多个长桁，包括位于所述第二前缘舱顶部的第一长桁、位于机翼尖端的第二长桁、位于所述第二前缘舱底部且从所述第二长桁向所述前缘舱梁方向依次设置的第三长桁和第四长桁；

所述主驱动臂上设置的第一安装部包括第一接头、第二接头、第三接头以及第四接头，其中，

所述第一接头与第一支柱的一端铰接，所述第一支柱的另一端与第一长桁铰接；

所述第二接头与第二支柱的一端铰接，所述第二支柱的另一端与第二长桁铰接；

所述第三接头与第三支柱的一端铰接，所述第三支柱的另一端与第三长桁铰接；

所述第四接头与第四支柱的一端铰接，所述第四支柱的另一端与第四长桁铰接。

可选地，所述主驱动臂上开设有多个减重孔。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，通过将单轴的直线运动，转化为整个三维变弯度前缘的旋转运动，实现三维变弯度机翼前缘弯度的整体控制，够利用连接杆的拉伸受力特性，从而避免连接杆失稳，进而减小驱动杆的尺寸，降低重量，结构简单、重量轻。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的整体机翼示意图；

图2是本申请一个实施方式的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统的一个角度视图；

图3是本申请一个实施方式的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统的另一个角度视图；

图4是本申请一个实施方式的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统的初始状态示意图；

图5是本申请一个实施方式的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统的驱动状态示意图。

其中：

1-前梁；2-单驱动轴轴承；3-驱动机构；4-连接杆；5-蒙皮；6-前缘舱梁；7-第一支柱；8-第一长桁；9-主驱动臂；10-第二长桁；11-第二支柱；12-第三支柱；14-第四支柱；15-第四长桁；16-单驱动轴；17-联轴器。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图5对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，包括：前梁1、前缘舱梁6、单驱动轴16、驱动机构3、连接杆4以及主驱动臂9。

本申请的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，如图1所示，主要是安装在前梁1与机翼前缘的蒙皮5形成的前缘舱内部，作用在于驱动变弯度机翼前缘部分实现弯度变化，前缘舱与变弯度机翼前缘共同组成了前缘结构，并且与其它机翼部分共同形成了整个机翼。

具体的，如图2所示，前梁1安装在机翼前缘的内部，前梁1的横截面呈U型，其上端与机翼前缘的蒙皮5顶部连接，下端与机翼前缘的蒙皮5的底部连接，前梁1与蒙皮5之间形成前缘舱，前梁1上设置有单驱动轴轴承2。在本申请的一个优选实施例中，前梁1上沿展向等间距设置有多个单驱动轴轴承2，蒙皮5优选为玻璃纤维增强复合材料或杂交型复合材料制成的柔性蒙皮。

前缘舱梁6安装在前缘舱中，前缘舱梁6能够将前缘舱分隔成第一前缘舱以及第二前缘舱，前缘舱梁6上开设有开口，开口的一侧设置有固定支座。在本申请的一个优选实施例中，前缘舱梁6上沿展向开设有多个呈矩形的开口，便于多组主驱动臂9以及连接杆4的安装。

进一步，单驱动轴16设置在第一前缘舱中，与单驱动轴轴承2连接，驱动机构3与单驱动轴16连接，用于驱动单驱动轴16沿机翼展向移动，驱动机构3可以是驱动电机或液压作动器。连接杆4设置在第一前缘舱中，其一端通过联轴器17与单驱动轴16连接；主驱动臂9设置在第二前缘舱中，主驱动臂9上设置有第一安装部、第二安装部以及第三安装部，第一安装部与机翼前缘的蒙皮5铰接，第二安装部与前缘舱梁6上的固定支座铰接，第三安装部穿过前缘舱梁6上的开口与连接杆4的另一端铰接。在本申请的一个实施方式中，连接杆4的端部设置有球接头，主驱动臂9的第三安装部穿过前缘舱梁6上的开口与球接头铰接。有利的是，主驱动臂9以及连接杆4可以沿展向相适配设置有多组。

在本申请的一个优选实施例中，主驱动臂9与蒙皮5采用以下方式实现连接：

在第二前缘舱的蒙皮5内壁面上设置有多个长桁，包括位于第二前缘舱顶部的第一长桁8、位于机翼尖端的第二长桁10、位于第二前缘舱底部且从第二长桁10向前缘舱梁6方向依次设置的第三长桁13和第四长桁15；主驱动臂9上设置的第一安装部包括第一接头、第二接头、第三接头以及第四接头，各个接头可以是耳片的形式，其中，第一接头与第一支柱7的一端铰接，第一支柱7的另一端与第一长桁8铰接；第二接头与第二支柱11的一端铰接，第二支柱11的另一端与第二长桁10铰接；第三接头与第三支柱12的一端铰接，第三支柱12的另一端与第三长桁13铰接；第四接头与第四支柱14的一端铰接，第四支柱14的另一端与第四长桁15铰接。

有利的是，本实施例中，主驱动臂9上还开设有多个减重孔。

本申请的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，在初始状态下，如图4所示，连接杆4与单驱动轴16是相互垂直的，主驱动臂9与前缘舱梁6之间在A点通过铰接连接，单驱动轴轴承2安装在第一前缘舱的后上方(即图示左上方)，连接杆4和主驱动臂9之间的连接点位于第一前缘舱的前下方，这样可以保证连接杆4在驱动过程中始终是拉伸的，从而避免连接杆4由于承受压缩载荷而容易失稳的问题。在驱动状态下，如图5所示，利用驱动机构3使得单驱动轴16产生沿机翼展向的位移，并通过联轴器17带动连接杆4的上端沿着展向方向移动，从而带动主驱动臂9绕铰接点A实现向下的偏转，进一步迫使整个变弯度机翼前缘实现向下(图示顺时针)的偏转。同理，当驱动机构3产生沿着反方向的位移时，三维单轴驱动系统将带动整个变弯度机翼前缘沿着反方向向上偏转，从而恢复到初始状态。综上所述，通过单驱动轴16的直线位移，实现了对整个三维变弯度机翼前缘弯度的控制。

本申请的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，可以采用以下具体实施步骤进行三维单轴驱动安装点位置的优化设计，以实现三维单轴驱动系统高效率驱动：

(1)通过变弯度机翼前缘的有限元分析，获取变弯度机翼前缘下偏过程中的最大驱动力矩；

(2)根据三维单轴驱动系统安装位置几何关系，获取单驱动轴驱动力、安装点位置、前缘下偏过程中的最大驱动力矩之间的理论关系；

(3)以单驱动轴驱动力最小为优化目标，进行安装点位置的优化设计，安装点位置包括连接杆4两端的安装点；

(4)根据得到的优化结果，进行三维单轴驱动系统的详细设计与校核。

本申请的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，是一种高效、紧凑、简单和可靠的变弯度机翼前缘三维驱动系统，通过将单轴的直线运动，转化为整个三维变弯度前缘的旋转运动，实现了三维变弯度机翼前缘弯度的整体控制。本申请能够实现对整个三维变弯度机翼前缘的完全同时的弯度控制，避免出现分布式控制(每一个驱动肋单独驱动)中的协调控制问题，并且能够减少协调控制系统带来的精度和重量问题；三维单轴驱动系统沿着展向布置，利用了前缘舱沿展向呈现狭长形状的特点，从而使得驱动系统结构紧凑、空间利用率高、结构简单、重量轻；能够利用连接杆的拉伸受力特性，从而避免连接杆失稳，进而减小驱动杆的尺寸，降低重量。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，包括：

前梁（1），所述前梁（1）安装在机翼前缘的内部，与机翼前缘的蒙皮（5）连接，所述前梁（1）与所述蒙皮（5）之间形成前缘舱，所述前梁（1）上设置有单驱动轴轴承（2）；

前缘舱梁（6），所述前缘舱梁（6）安装在所述前缘舱中，将所述前缘舱分隔成第一前缘舱以及第二前缘舱，所述前缘舱梁（6）上开设有开口，所述开口的一侧设置有固定支座；

单驱动轴（16），所述单驱动轴（16）设置在所述第一前缘舱中，与所述单驱动轴轴承（2）连接；

驱动机构（3），所述驱动机构（3）与所述单驱动轴（16）连接，用于驱动所述单驱动轴（16）沿机翼展向移动；

连接杆（4），所述连接杆（4）设置在所述第一前缘舱中，其一端通过联轴器（17）与所述单驱动轴（16）连接；

主驱动臂（9），所述主驱动臂（9）设置在所述第二前缘舱中，所述主驱动臂（9）上设置有第一安装部、第二安装部以及第三安装部，所述第一安装部与所述机翼前缘的蒙皮（5）铰接，所述第二安装部与所述前缘舱梁（6）上的固定支座铰接，所述第三安装部穿过所述前缘舱梁（6）上的开口与所述连接杆（4）的另一端铰接；

所述第二前缘舱的蒙皮（5）内壁面上设置有多个长桁，包括位于所述第二前缘舱顶部的第一长桁（8）、位于机翼尖端的第二长桁（10）、位于所述第二前缘舱底部且从所述第二长桁（10）向所述前缘舱梁（6）方向依次设置的第三长桁（13）和第四长桁（15）；

所述主驱动臂（9）上设置的第一安装部包括第一接头、第二接头、第三接头以及第四接头，其中，

所述第一接头与第一支柱（7）的一端铰接，所述第一支柱（7）的另一端与第一长桁（8）铰接；

所述第二接头与第二支柱（11）的一端铰接，所述第二支柱（11）的另一端与第二长桁（10）铰接；

所述第三接头与第三支柱（12）的一端铰接，所述第三支柱（12）的另一端与第三长桁（13）铰接；

所述第四接头与第四支柱（14）的一端铰接，所述第四支柱（14）的另一端与第四长桁（15）铰接。

2.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述前梁（1）上沿展向等间距设置有多个单驱动轴轴承（2）。

3.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述蒙皮（5）为玻璃纤维增强复合材料或杂交型复合材料制成的柔性蒙皮。

4.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述驱动机构（3）为驱动电机。

5.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述驱动机构（3）为液压作动器。

6.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述前缘舱梁（6）上沿展向开设有多个开口，所述主驱动臂（9）以及所述连接杆（4）沿展向相适配设置有多组。

7.根据权利要求6所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述前缘舱梁（6）上的开口呈矩形。

8.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述连接杆（4）的端部设置有球接头，所述主驱动臂（9）的第三安装部穿过所述前缘舱梁（6）上的开口与所述球接头铰接。

9.根据权利要求1所述的刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动系统，其特征在于，所述主驱动臂（9）上开设有多个减重孔。