用于改變機翼翼展的折疊機構的制作方法

用于改變機翼翼展的折疊機構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了用于改變機翼翼展的折疊機構，該折疊機構是基于Sarrus機構用于改變機翼翼展的單自由度、大折展比的剛性可折疊結構。單自由度保證了整個機翼只需一個驅動電機，避免了多個電機協調配合所帶來的復雜性，同時使折疊機翼自身重量大大降低，增加了飛機有效載荷。大折展比保證了飛機可以根據任務要求在速度、機動性、載重量、航程等方面進行調整。通過該機構改變機翼翼展，可以實現飛機功能多樣化、調節飛機性能指標，給飛機的儲存和運輸帶來極大便利；整個機構只具有一個自由度，運動控制簡單；具有生產加工簡單，運動控制方便，高可靠性，高精度等優點，在變形飛機領域中具有重要意義和廣泛的應用前景。
【專利說明】
用于改變機翼翼展的折疊機構
技術領域
[0001]本發明涉及用于改變機翼翼展的折疊機構，具體的說，是涉及由單一驅動實現飛機翼展的連續性變化且具有單自由度、大折展比的剛性折疊機構。
【背景技術】
[0002]在萊特兄弟成功使用繩索控制機翼的扭角之后，世界上第一架變形飛機出現了。近幾十年，變形飛機技術飛速發展。在變形飛機發展方面，美國一直走在世界前列。2003年，美國防部預先研究計劃局(DARPA)啟動“變形飛機結構”項目，同時給出了飛機的變形標準:展弦比變化超過200 % ；機翼面積變化高于50 % ；機翼前緣后掠角變化大于20度;機翼扭角不小于5度。
[0003]其中包括通過改變翼展實現機翼面積的大幅度變化，飛機機翼折疊，機翼參考面積降低，可以很大限度地降低飛行阻力，增大飛機飛行速度，增強飛機操縱性，提高飛機的戰場生存能力，同時折疊翼展給飛機儲存和運輸工作帶來了極大便利。而飛機機翼展開，可以直接增大飛機的有效載荷和航程，同時減少燃油消耗，大大提高了飛機的運輸和偵查能力。通過改變翼展實現機翼面積的大幅度變化，從而使飛機功能多樣化。用一架可折展機翼的多功能飛機替代多架傳統單一功能飛機不僅可以在不同環境下完成各種特定任務，而且帶來的巨大經濟效益。
[0004]早期的變翼展飛機有鏡筒式折疊機翼、剪刀式折疊機翼、齒輪齒條和液壓驅動式折疊機翼等等，其中最著名的是洛克希德.馬丁公司生產的“Z字翼”小型無人機，該變形飛機通過將內段機翼向機身折疊，實現機翼收縮，最大可使翼展變化177%。每種折疊飛機都有其優點和缺點，鏡筒式折疊機翼可以保證大的折展比，但是機翼整體結構變得很復雜，剛度很差，機翼會發生嚴重的非必要變形，而且機翼翼展很難得到精確控制;齒輪齒條和液壓驅動式折疊機翼可以精確控制機翼折展，但是所附加的重量和所需要的動力是巨大的，大大降低了飛機的有效載荷和航程；“Z字翼”小型無人機機翼在折展過程中需要大量的電機相互配合，不僅消耗能量、降低有效載荷，而且增加機翼各段控制難度。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供用于改變機翼翼展的折疊機構，該機構是含有過約束機構的特殊空間剛性折疊機構;通過該機構改變機翼翼展，可以實現飛機功能多樣化、調節飛機性能指標，給飛機的儲存和運輸帶來極大便利;整個機構只具有一個自由度，運動控制簡單；具有生產加工簡單，運動控制方便，高可靠性，高精度等優點，在變形飛機領域中具有重要意義和廣泛的應用前景。
[0006]本發明是基于Sarrus機構的用于改變機翼翼展的單自由度、大折展比的剛性可折疊結構，在單一電機的作用下可以實現機翼的折疊與展開。單自由度保證了整個機翼只需一個驅動電機，避免了多個電機協調配合所帶來的復雜性，同時使折疊機翼自身重量大大降低，增加了飛機有效載荷。大折展比保證了飛機可以根據任務要求在速度、機動性、載重量、航程等方面進行調整。機構的高精度和高可靠性保證了折疊機翼的穩定與高效。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0008]用于改變機翼翼展的折疊機構，折疊機構的一端與內側機翼固定連接，另一端與翼端固定連接，所述折疊機構由至少兩個折疊單元依次串聯構成，所述折疊單元由四個桿件通過轉動副首尾相連組成環狀結構，包括兩個弦向桿件和兩個非弦向桿件，兩兩平行且相互平行的桿件長度相等；
[0009]相鄰折疊單元的非弦向桿件之間，通過轉動副相連，所述弦向桿件與所述非弦向桿件連接的轉動副及非弦向桿件之間連接的轉動副為第一類轉動副，所述第一類轉動副的軸線彼此相互平行，且垂直于機翼翼展的展向與弦向所在平面；
[0010]相鄰折疊單元的兩個弦向桿件之間通過兩個連接桿件相連，兩個弦向桿件分別與一個連接桿件的一端通過轉動副相連，兩個連接桿件的另一端通過轉動副相連，弦向桿件與連接桿件之間連接的轉動副以及連接桿件之間連接的轉動副為第二類轉動副，所述第二類轉動副的軸線彼此相互平行，均沿機翼弦向，且垂直于第一類轉動副軸線。
[0011]所述第一類轉動副的任意連接處安裝有驅動電機，用以實現折疊機構的折疊與展開。
[0012]所述驅動電機以弦向桿件作為機架，驅動非弦向桿件旋轉，旋轉角度范圍為0-90度，O度對應剛性折置機構完全折置，90度對應剛性折置機構完全展開。
[0013]所述驅動電機具有制動功能，可在0-90度旋轉范圍內任意位置鎖死，用以實現機翼從完全折置到完全展開任意時刻的穩態。
[0014]所述轉動副為合頁或軸承。
[0015]所述機翼上覆蓋有蒙皮，所述蒙皮的一端與內側機翼相連，另一端與翼端相連。
[0016]與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是:
[0017](I)本發明通過單一驅動可以實現整個機構的折疊和展開，從而改變機翼翼展，機構安裝及使用方便;單一驅動，大大降低了機翼自身重量，同時可根據實際需求安裝在任意折疊單元；
[0018](2)本發明具有較大的折展比率，可根據機翼特征合理設計機構的折展比率，同時根據實際要求設計各個單元的形狀和尺寸；
[0019](3)本發明可通過實際需要，增加或減少折疊單元的數量；
[0020](4)本發明可使翼端在展開過程中相對于內側機翼，沿機翼翼展方向平動，每個運動副均為轉動副，使整個機構運行精確、平穩；
[0021](5)本發明可實現機翼由完全折疊狀態到完全展開狀態的連續變化，在具有制動功能的電機作用下，實現任意位置穩態，從而可以大幅度地調整飛機各項性能指標，以滿足不同的飛行任務和要求，同時可給飛機的儲存和運輸帶來極大便利。
【附圖說明】
[0022]圖1-1是本發明所提供的具有兩個折疊單元的剛性折疊結構示意圖；
[0023]圖1-2為圖1-1所示的折疊結構第一折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0024]圖1-3為圖1-1所示的折疊結構第二折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0025]圖1-4為圖1-1所示的折疊結構第一折疊單元與第二折疊單元連接處各組成桿件及其連接位置示意圖；
[0026]圖1-5至圖1-8為圖1-1所示的剛性可折疊結構的展開過程三維圖；
[0027]圖2-1是本發明所提供的具有三個折疊單元的剛性折疊結構示意圖；
[0028]圖2-2為圖2-1所示的折疊結構第三折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0029]圖2-3為圖2-1所示的折疊結構第四折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0030]圖2-4為圖2-1所示的折疊結構第五折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0031]圖2-5為圖2-1所示的折疊結構第三折疊單元與第四折疊單元連接處各組成桿件及其連接位置示意圖；
[0032]圖2-6為圖2-1所示的折疊結構第四折疊單元與第五折疊單元連接處各組成桿件及其連接位置示意圖；
[0033]圖2-7至圖2-10為圖2-1所示的剛性可折疊結構的展開過程三維圖；
[0034]圖3-1是本發明所提供的具有四個折疊單元的剛性折疊結構示意圖；
[0035]圖3-2為圖3-1所示的折疊結構第六折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0036]圖3-3為圖3-1所示的折疊結構第七折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0037]圖3-4為圖3-1所示的折疊結構第八折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0038]圖3-5為圖3-1所示的折疊結構第九折疊單元組成桿件及其連接位置示意圖；
[0039]圖3-6為圖3-1所示的折疊結構第六折疊單元與第七折疊單元連接處各組成桿件及其連接位置示意圖；
[0040]圖3-7為圖3-1所示的折疊結構第七折疊單元與第八折疊單元連接處各組成桿件及其連接位置示意圖；
[0041]圖3-8為圖3-1所示的折疊結構第八折疊單元與第九折疊單元連接處各組成桿件及其連接位置示意圖；
[0042]圖3-9至圖3-12為圖3-1所示的剛性可折疊結構的展開過程三維圖；
[0043]附圖標記:
[0044]Pl-第一平面，P2-第二平面，P3-第三平面，P4-第四平面，L1-第一對稱中心線；
[0045]Tl-第一折疊單元，T2-第二折疊單元;T3-第三折疊單元，T4-第四折疊單元，T5-第五折疊單元，T6-第六折疊單元，T7-第七折疊單元，T8-第八折疊單元，T9-第九折疊單元；
[0046]HOl-第一轉動副，H02-第二轉動副，H03-第三轉動副，H04-第四轉動副，H05-第五轉動副，H06-第六轉動副，H07-第七轉動副，H08-第八轉動副，H09_第九轉動副，H10_第十轉動副，Hl 1-第^^一轉動副，H12-第十二轉動副，H13-第十三轉動副，H14-第十四轉動副，H15-第十五轉動副，H16-第十六轉動副，H17-第十七轉動副，H18-第十八轉動副，H19-第十九轉動副，H20-第二十轉動副，H21-第二 ^^一轉動副，H22-第二十二轉動副，H23-第二十三轉動副，H24-第二十四轉動副，H25-第二十五轉動副，H26-第二十六轉動副，H27-第二十七轉動副，H28-第二十八轉動副，H29-第二十九轉動副，H30-第三十轉動副，H31_第三^^一轉動副，H32-第三十二轉動副，H33-第三十三轉動副，H34-第三十四轉動副，H35-第三十五轉動副，H36-第三十六轉動副，H37-第三十七轉動副，H38-第三十八轉動副，H39-第三十九轉動副，H40-第四十轉動副，H41-第四^^一轉動副，H42-第四十二轉動副，H43-第四十三轉動副，H44-第四十四轉動副，H45-第四十五轉動副，H46-第四十六轉動副，H47-第四十七轉動副，H48-第四十八轉動副，H49-第四十九轉動副，H50-第五十轉動副，H51-第五^^一轉動副，H52-第五十二轉動副，H53-第五十三轉動副，H54-第五十四轉動副，H55-第五十五轉動副，H56-第五十六轉動副，H57-第五十七轉動副，H58-第五十八轉動副，H59-第五十九轉動副，H60-第六十轉動副，H61-第六^^一轉動副，H62-第六十二轉動副，H63-第六十三轉動副，H64-第六十四轉動副，H65-第六十五轉動副，H66-第六十六轉動副；
[0047]1-第一個桿件，2-第二個桿件，3_第三個桿件，4_第四個桿件，5_第五個桿件，6_第六個桿件，7-第七個桿件，8-第八個桿件，9-第九個桿件，10-第十個桿件，11-第十一個桿件，12-第十二個桿件，13-第十三個桿件，14-第十四個桿件，15-第十五個桿件，16-第十六個桿件，17-第十七個桿件，18-第十八個桿件，19-第十九個桿件，20-第二十個桿件，21-第二十一個桿件，22-第二十二個桿件，23-第二十三個桿件，24-第二十四個桿件，25-第二十五個桿件，26-第二十六個桿件，27-第二十七個桿件，28-第二十八個桿件，29-第二十九個桿件，30-第三十個桿件，31-第三十一個桿件，32-第三十二個桿件，33-第三十三個桿件，34-第三十四個桿件，35-第三十五個桿件，36-第三十六個桿件，37-第三十七個桿件，38-第三十八個桿件，39-第三十九個桿件，40-第四十個桿件，41-第四十一個桿件，42-第四十二個桿件，43-第四十三個桿件，44-第四十四個桿件，45-第四十五個桿件，46-第四十六個桿件，47-第四十七個桿件，48-第四十八個桿件；
[0048]VOll-第一個桿件第一連接位置，V012-第一個桿件第二連接位置，V021-第二個桿件第一連接位置，V022-第二個桿件第二連接位置，V023-第二個桿件第三連接位置，V031-第三個桿件第一連接位置，V032-第三個桿件第二連接位置，V033-第三個桿件第三連接位置，V041-第四個桿件第一連接位置，V042-第四個桿件第二連接位置，V043-第四個桿件第三連接位置，V051-第五個桿件第一連接位置，V052-第五個桿件第二連接位置，V053-第五個桿件第三連接位置，V061-第六個桿件第一連接位置，V062-第六個桿件第二連接位置，V063-第六個桿件第三連接位置，V071-第七個桿件第一連接位置，V072-第七個桿件第二連接位置，V081-第八個桿件第一連接位置，V082-第八個桿件第二連接位置，V083-第八個桿件第三連接位置，V091-第九個桿件第一連接位置，V092-第九個桿件第二連接位置，VlOl-第十個桿件第一連接位置，V102-第十個桿件第二連接位置，Vl 11-第十一個桿件第一連接位置，V112-第十一個桿件第二連接位置，V121-第十二個桿件第一連接位置，V122-第十二個桿件第二連接位置，V123-第十二個桿件第三連接位置，V131-第十三個桿件第一連接位置，V132-第十三個桿件第二連接位置，V133-第十三個桿件第三連接位置，V141-第十四個桿件第一連接位置，V142-第十四個桿件第二連接位置，V143-第十四個桿件第三連接位置，V151-第十五個桿件第一連接位置，V152-第十五個桿件第二連接位置，V153-第十五個桿件第三連接位置，V161-第十六個桿件第一連接位置，V162-第十六個桿件第二連接位置，V163-第十六個桿件第三連接位置，V164-第十六桿件第四連接位置，V171-第十七個桿件第一連接位置，V172-第十七個桿件第二連接位置，V173-第十七個桿件第三連接位置，V181-第十八個桿件第一連接位置，V182-第十八個桿件第二連接位置，V183-第十八個桿件第三連接位置，V184-第十八個桿件第四連接位置，V191-第十九個桿件第一連接位置，V192-第十九個桿件第二連接位置，V193-第十九個桿件第三連接位置，V201-第二十個桿件第一連接位置，V202-第二十個桿件第二連接位置，V203-第二十個桿件第三連接位置，V211-第二十一個桿件第一連接位置，V212-第二十一個桿件第二連接位置，V221-第二十二個桿件第一連接位置，V222-第二十二個桿件第二連接位置，V223-第二十二個桿件第三連接位置，V231-第二十三個桿件第一連接位置，V232-第二十三個桿件第二連接位置，V241-第二十四個桿件第一連接位置，V242-第二十四個桿件第二連接位置，V251-第二十五個桿件第一連接位置，V252-第二十五個桿件第二連接位置，V261-第二十六個桿件第一連接位置，V262-第二十六個桿件第二連接位置，V271-第二十七個桿件第一連接位置，V272-第二十七個桿件第二連接位置，V281-第二十八個桿件第一連接位置，V282-第二十八個桿件第二連接位置，V283-第二十八個桿件第三連接位置，V291-第二十九個桿件第一連接位置，V292-第二十九個桿件第二連接位置，V293-第二十九個桿件第三連接位置，V301-第三十個桿件第一連接位置，V302-第三十個桿件第二連接位置，V303-第三十個桿件第三連接位置，V311-第三^^一個桿件第一連接位置，V312-第三^^一個桿件第二連接位置，V321-第三十二個桿件第一連接位置，V322-第三十二個桿件第二連接位置，V323-第三十二個桿件第三連接位置，V324-第三十二個桿件第四連接位置，V331-第三十三個桿件第一連接位置，V332-第三十三個桿件第二連接位置，V333-第三十三個桿件第三連接位置，V341-第三十四個桿件第一連接位置，V342-第三十四個桿件第二連接位置，V343-第三十四個桿件第三連接位置，V344-第三十四個桿件第四連接位置，V351-第三十五個桿件第一連接位置，V352-第三十五個桿件第二連接位置，V353-第三十五個桿件第三連接位置，V361-第三十六個桿件第一連接位置，V362-第三十六個桿件第二連接位置，V363-第三十六個桿件第三連接位置，V364-第三十六個桿件第四連接位置，V371-第三十七個桿件第一連接位置，V372-第三十七個桿件第二連接位置，V373-第三十七個桿件第三連接位置，V381-第三十八個桿件第一連接位置，V382-第三十八個桿件第二連接位置，V383-第三十八個桿件第三連接位置，V384-第三十八個桿件第四連接位置，V391-第三十九個桿件第一連接位置，V392-第三十九個桿件第二連接位置，V393-第三十九個桿件第三連接位置，V401-第四十個桿件第一連接位置，V402-第四十個桿件第二連接位置，V403-第四十個桿件第三連接位置，V411 -第四十一個桿件第一連接位置，V412-第四十一個桿件第二連接位置，V421-第四十二個桿件第一連接位置，V422-第四十二個桿件第二連接位置，V423-第四十二個桿件第三連接位置，V431-第四十三個桿件第一連接位置，V432-第四十三個桿件第二連接位置，V441 -第四十四個桿件第一連接位置，V442-第四十四個桿件第二連接位置，V451-第四十五個桿件第一連接位置，V452-第四十五個桿件第二連接位置，V461-第四十六個桿件第一連接位置，V462-第四十六個桿件第二連接位置，V471 -第四十七個桿件第一連接位置，V472-第四十七個桿件第二連接位置，V481 -第四十八個桿件第一連接位置，V482-第四十八個桿件第二連接位置；
【具體實施方式】
[0049]下面結合附圖對本發明作進一步的描述:
[0050]實施例1
[0051]如圖1-1所示，本實施例提供了用于改變機翼翼展的剛性可折疊結構，該折疊機構由兩個折疊單元依次串聯構成，包括兩個相同的折疊單元以及兩個連接桿件，分別為第一折疊單元Tl、第二折疊單元T2和連接桿件9、10;兩個折疊單元均為平行四連桿機構，每個折疊單元由兩個弦向桿件和兩個非弦向桿件組成，第一折疊單元Tl包括弦向桿件1、3和非弦向桿件2、4，第二折疊單元T2包括弦向桿件5、7和非弦向桿件6、8。
[0052]桿件1、7完全相同，各有兩個用于轉動副連接的連接位置，分別為連接位置VOll、V012和連接位置V071、V072，桿件3、5完全相同，各有三個用于轉動副連接的連接位置，三處連接位置允許不共線，分別為連接位置￥031、￥032、￥033和連接位置￥051、￥052、￥053，桿件
2、4、6、8完全相同，各有三個用于轉動副連接的連接位置，三處連接位置允許不共線，分別為連接位置￥021、￥022、￥023，連接位置￥041、￥042、￥043，連接位置￥061、￥062、￥063，連接位置V081、V082、V083，桿件9、10完全相同，各有兩個用于轉動副連接的連接位置，分別為連接位置V091、￥092和連接位置￥101、V102。
[0053]如圖1-2所示，第一折疊單元Tl由桿件1、2、3、4組成;第一折疊單元Tl中，所述桿件I與內側機翼相對固定，所述桿件I第一連接位置VOll與所述桿件2第一連接位置V021通過第一轉動副HOl連接，所述桿件I第二連接位置V012與所述桿件4第一連接位置V041通過第二轉動副H02連接，所述桿件2第二連接位置V022與所述桿件3第一連接位置V031通過第三轉動副H03連接，所述桿件3第二連接位置V032與所述桿件4第二連接位置V042通過第四轉動副H04連接。
[0054]如圖1-3所示，第二折疊單元T2由桿件5、6、7、8組成;第二折疊單元T2中，桿件7與翼端相對固定，所述桿件5第一連接位置V051與所述桿件6第二連接位置V062通過第七轉動副H07連接，所述桿件5第二連接位置V052與所述桿件8第二連接位置V082通過第八轉動副H08連接，所述桿件6第一連接位置V061與所述桿件7第一連接位置V071通過第九轉動副H09連接，所述桿件7第二連接位置V072與所述桿件8第一連接位置V081通過第十轉動副HlO連接。
[0055]如圖1-4所示，所述第一折疊單元Tl桿件2第三連接位置V023與所述第二折疊單元T2桿件6第三連接位置V063通過第五轉動副H05連接，所述第一折疊單元Tl桿件4第三連接位置V043與所述第二折疊單元T2桿件8第三連接位置V083通過第六轉動副H06連接，所述第一折疊單元Tl桿件3第三連接位置V033與所述桿件9第一連接位置V091通過第^^一轉動副Hll連接，所述第二折疊單元T2桿件5第三連接位置V053與所述桿件10第一連接位置VlOl通過第十三轉動副H13連接，所述桿件9第二連接位置V092與所述桿件10第二連接位置V102通過第十二轉動副Hl 2連接。
[0056]如圖1-1所示，第一轉動副HOl的軸線、第二轉動副H02的軸線、第三轉動副H03的軸線、第四轉動副H04的軸線、第五轉動副的軸線H05、第六轉動副H06的軸線、第七轉動副H07的軸線相互平行、第八轉動副的軸線H08、第九轉動副H09的軸線、第十轉動副HlO的軸線相互平行，都垂直于展向與弦向所在平面，屬于第一類轉動副軸線;第十一轉動副Hll的軸線、第十二轉動副H12的軸線、第十三轉動副H13的軸線相互平行，都沿弦向，屬于第二類轉動副軸線;第一類轉動副軸線與第二類轉動副軸線正交。
[0057]所述第5轉動副H05的軸線與所述第六轉動副H06的軸線所在平面構成第一對稱平面Pl，第剛性折疊結構關于所述第一平面Pl對稱；
[0058]第三轉動副H03，第四轉動副H04，第五轉動副H05，第六轉動副H06，第七轉動副H07，第八轉動副H08，第^^一轉動副Hl I，第十二轉動副Hl2，第十三轉動副Hl3與桿件2，桿件3，桿件4，桿件5，桿件6，桿件8，桿件9，桿件1形成的機構為空間過約束Sarrus 9R機構;第一折疊單元Tl中的桿件I和第二折疊單元T2中的桿件7通過Sarrus結構相連，使得整個機構在折展過程中，第二折疊單元T2中的桿件7相對于第一折疊單元Tl中的桿件I沿著公法線方向平動。
[0059]利用本實施例所提供的兩個折疊單元以及所提供的連接方式，可以構成剛性可折疊結構，其折疊變化由各個折疊單元的形狀、尺寸及轉動副軸線方位決定。本實施例中的可折疊結構由一個空間過約束Sarrus 9R機構和兩個4R平行四連桿機構實現兩個單元的折展運動。在任意第一類轉動副上通過單一驅動可使本實施例的可折疊結構由折疊態向展開態變換，通常在靠近內側機翼的轉動副H02處安裝驅動，通過改變桿件4與桿件I之間角度α，實現機構折展。如圖1-5至圖1-8給出了具有兩個折疊單元的剛性折疊結構從完全折疊狀態到完全展開狀態三維圖，驅動角α分別為O度、30度、60度、90度，最終達到另一穩定態，即展開態，外輪廓為矩形。
[0060]可見，上述可剛性折疊結構只要滿足上述約束條件，即可實現本發明要求的折展效果，其結構形式和折展方式并不受折疊單元的具體結構影響，因此折疊單元的形狀、大小、尺寸、材料等均可根據實際應用要求做任意變換，只要滿足兩個折疊單元完全相同，折疊單元之間通過Sarrus結構連接，整個結構滿足一系列對稱關系及約束條件即可。
[0061 ] 實施例2
[0062]如圖2-1所示，本實施例提供了用于改變機翼翼展的剛性可折疊結構，該折疊機構由三個折疊單元依次串聯構成，包括三個折疊單元以及四個連接桿件，分別為第三折疊單元Τ3、第四折疊單元Τ4、第五折疊單元Τ5和連接桿件23、24、25、26;三個折疊單元均為平行四連桿機構，每個折疊單元由兩個弦向桿件和兩個非弦向桿件組成，第三折疊單元Τ3與第五折疊單元Τ5相同，第三折疊單元Τ3包括弦向桿件11、13和非弦向桿件12、14，第四折疊單元Τ4包括弦向桿件15、17和非弦向桿件16、18，第五折疊單元Τ5包括弦向桿件19、21和非弦向桿件20、22。
[0063]桿件11、21完全相同，各有兩個用于轉動副連接的連接位置，分別為連接位置￥111、￥112和連接位置￥211、￥212，桿件13、15、17、19完全相同，各有三個用于轉動副連接的連接位置，三處連接位置允許不共線，分別為連接位置￥131、￥132、￥133，連接位置￥151、￥152、￥153，連接位置￥171、￥172、￥173和連接位置￥191、￥192、￥193，桿件12、14、20、22完全相同，各有三個用于轉動副連接的連接位置，三處連接位置允許不共線，分別為連接位置V121、V122、V123，連接位置V141、V142、V143，連接位置V201、V202、V203，連接位置V221、V222、V223，桿件23、24、25、26完全相同，各有兩個用于轉動副連接的連接位置，分別為連接位置V23UV232，連接位置V24UV242，連接位置V25UV252，連接位置V26UV262，桿件16、18完全相同，各有四個用于轉動副連接的連接位置，四處連接位置允許不共線但關于桿件中點對稱，分別為連接位置￥161、￥162、￥163、￥164和連接位置￥181、￥182、￥183、￥184，桿件16、18長度為桿件12、14、20、22長度的二倍。
[0064]如圖2-2所示，第三折疊單元T3由桿件11、12、13、14組成;第三折疊單元T3中，所述桿件11與內側機翼相對固定，所述桿件11第一連接位置Vlll與所述桿件12第一連接位置V121通過第十四轉動副H14連接，所述桿件11第二連接位置Vl 12與所述桿件14第一連接位置V141通過第十五轉動副H15連接，所述桿件12第二連接位置V122與所述桿件13第一連接位置V131通過第十六轉動副H16連接，所述桿件13第二連接位置V132與所述桿件14第二連接位置V142通過第十七轉動副H17連接。
[0065]如圖2-3所示，第四折疊單元T4由桿件15、16、17、18組成;第四折疊單元T4中，所述桿件15第一連接位置V151與所述桿件16第二連接位置V162通過第二十轉動副H20連接，所述桿件15第二連接位置V152與所述桿件18第二連接位置V182通過第二 ^^一轉動副H21連接，所述桿件16第三連接位置V163與所述桿件17第一連接位置V171通過第二十二轉動副H22連接，所述桿件17第二連接位置V172與所述桿件18第三連接位置V182通過第二十三轉動副H23連接。
[0066]如圖2-4所示，第五折疊單元T5由桿件19、20、21、22組成;第五折疊單元T5中，桿件21與翼端相對固定，所述桿件19第一連接位置V191與所述桿件20第二連接位置V202通過第二十六轉動副H26連接，所述桿件19第二連接位置V192與所述桿件22第二連接位置V222通過第二十七轉動副H27連接，所述桿件20第一連接位置V201與所述桿件21第一連接位置V211通過第二十八轉動副H28連接，所述桿件21第二連接位置V212與所述桿件22第一連接位置V221通過第二十九轉動副H29連接。
[0067]如圖2-5所示，所述第三折疊單元T3桿件12第三連接位置V123與第四折疊單元T4桿件16第一連接位置V161通過第十八轉動副H18連接;所述第三折疊單元T3桿件14第三連接位置V143與第四折疊單元桿件18第一連接位置V181通過第十九轉動副H19連接;所述第三折疊單元T3桿件13第三連接位置V133與桿件23第一連接位置V231通過第三十轉動副H30連接;所述第四折疊單元T4桿件15第三連接位置V153與桿件24第一連接位置V241通過第三十二轉動副H32連接;所述桿件23第二連接位置V232與桿件24第二連接位置V242通過第三十一轉動副H31連接;如圖2-6所示，所述第四折疊單元T4桿件16第四連接位置V164與第五折疊單元T5桿件20第三連接位置V203通過第二十四轉動副H24連接;所述第四折疊單元T4桿件18第四連接位置V184與第五折疊單元桿件22第三連接位置V223通過第二十五轉動副H25連接;所述第四折疊單元T4桿件17第三連接位置V173與桿件25第一連接位置V251通過第三十三轉動副H33連接;所述第五折疊單元T5桿件19第三連接位置V193與桿件26第一連接位置V261通過第三十五轉動副H35連接;所述桿件25第二連接位置V252與桿件26第二連接位置V262通過第三十四轉動副H34連接；
[0068]如圖2-1所示，第十四轉動副H14的軸線、第十五轉動副H15的軸線、第十六轉動副H16的軸線、第十七轉動副H17的軸線、第十八轉動副的軸線H18、第十九轉動副H19的軸線、第二十轉動副H20的軸線、第二 ^^一轉動副H21的軸線、第二十二轉動副H22的軸線、第二十三轉動副H23的軸線、第二十四轉動副H24的軸線、第二十五轉動副的軸線H25、第二十六轉動副H26的軸線、第二十七轉動副H27、第二十八轉動副H28的軸線、第二十九轉動副H29的軸線相互平行都垂直于展向與弦向所在平面，屬于第一類轉動副軸線;第三十轉動副H30的軸線、第三i^一轉動副H31的軸線、第三十二轉動副H32的軸線、第三十三轉動副H33的軸線、第三十四轉動副H34的軸線、第三十五轉動副H35的軸線相互平行，都沿弦向，屬于第二類轉動副軸線;第一類轉動副軸線與第二類轉動副軸線正交。
[0069]所述第二十轉動副H20的軸線與第二十三轉動副H23的軸線所在平面構成第二平面P2;所述第二十一轉動副H21的軸線與第二十二轉動副H22的軸線所在平面構成第三平面P3;所述第二平面P2與所述第三平面P3交線為第一對稱中心線LI;第二種剛性折疊結構關于所述第一對稱中心線LI對稱；
[0070]第十六轉動副H16，第十七轉動副H17，第十八轉動副H18，第十九轉動副H19，第二十轉動副H20，第二 ^^一轉動副H21，第三十轉動副H30，第三^^一轉動副H31，第三十二轉動副H32與桿件12，桿件13，桿件14，桿件15，桿件16，桿件18，桿件23，桿件24形成的機構為空間過約束Sarrus 9R機構;第三折疊單元T3和第四折疊單元T4通過Sarrus結構相連;第二十二轉動副H22，第二十三轉動副H23，第二十四轉動副H24，第二十五轉動副H25，第二十六轉動副H26，第二十七轉動副H27，第三十三轉動副H33，第三十四轉動副H34，第三十五轉動副H35與桿件16，桿件17，桿件18，桿件19，桿件20，桿件22，桿件25，桿件26形成的機構為空間過約束Sarrus 9R機構;第四折疊單元和第五折疊單元T5通過Sarrus結構相連;第五折疊單元T5與第三折疊單元T3相同，相鄰兩個折疊單元通過Sarrus結構相連，整個機構關于第一對稱中心線LI對稱。使得整個機構在折展過程中，第五折疊單元T3中的桿件21相對于第三折疊單元T3中的桿件11沿著公法線方向平動。
[0071]利用本實施例所提供的三個折疊單元以及所提供的連接方式，可以構成剛性可折疊結構，其折疊變化由各個折疊單元的形狀、尺寸及轉動副軸線方位決定。本實施例中的可折疊結構由兩個空間過約束Sarrus 9R機構和三個4R平行四連桿機構實現兩個單元的折展運動。在任意第一類轉動副上通過單一驅動可使本實施例的可折疊結構由折疊態向展開態變換，通常在靠近內側機翼的轉動副H15處安裝驅動，通過改變桿件14與桿件11之間角度α，實現機構折展。如圖2-7至圖2-10給出了具有兩個折疊單元的剛性折疊結構從完全折疊狀態到完全展開狀態三維圖，驅動角α分別為O度、30度、60度、90度，最終達到另一穩定態，SP展開態，外輪廓為矩形。
[0072]可見，上述可剛性折疊結構只要滿足上述約束條件，即可實現本發明要求的折展效果，其結構形式和折展方式并不受折疊單元的具體結構影響，因此折疊單元的形狀、大小、尺寸、材料等均可根據實際應用要求做任意變換，只要滿足有三個折疊單元，第三、第五折疊單元完全相同，第四折疊單元Τ4中非弦向桿件長度是第三折疊單元Τ3、第五折疊單元Τ5中非弦向桿件長度的二倍，且相鄰折疊單元之間通過Sarrus結構連接，整個結構滿足一系列對稱關系及約束條件即可。
[0073]實施例3
[0074]如圖3-1所示，本實施例提供了用于改變機翼翼展的剛性可折疊結構，該折疊機構由四個折疊單元依次串聯構成，包括四個折疊單元以及六個連接桿件，分別為第六折疊單元Τ6、第七折疊單元Τ7、第八折疊單元Τ8、第九折疊單元T9和連接桿件43、44、45、46、47、48;四個折疊單元均為平行四連桿機構，每個折疊單元由兩個弦向桿件和兩個非弦向桿件組成，第六折疊單元Τ6與第九折疊單元T9相同，第七折疊單元Τ7與第八折疊單元Τ8相同，第六折疊單元Τ6包括弦向桿件27、29和非弦向桿件28、30，第七折疊單元了7包括弦向桿件31、33和非弦向桿件32、34，第八折疊單元Τ8包括弦向桿件35、37和非弦向桿件36、38，第九折疊單元T9包括弦向桿件39、41和非弦向桿件40、42。
[0075]桿件27、41完全相同，各有兩個用于轉動副連接的連接位置，分別為連接位置￥271、￥272和連接位置￥411、￥412，桿件29、31、33、35、37、39完全相同，各有三個用于轉動副連接的連接位置，三處連接位置允許不共線，分別為連接位置V291、V292、V293，連接位置V311、V312、V313，連接位置V331、V332、V333，連接位置V351、V352、V353，連接位置V371、￥372、￥373和連接位置￥391、￥392、￥393，桿件28、30、40、42完全相同，各有三個用于轉動副連接的連接位置，三處連接位置允許不共線，分別為連接位置V281、V282、V283，連接位置￥301、￥302、￥303，連接位置￥401、￥402、￥403，連接位置￥421、￥422、￥423，桿件43、44、45、46、47、48完全相同，各有兩個用于轉動副連接的連接位置，分別為連接位置V43UV432，連接位置V441、V442，連接位置V451、V452，連接位置V461、V462，連接位置V471、V472，連接位置V481、V482，桿件32、34、36、38完全相同，各有四個用于轉動副連接的連接位置，四處連接位置允許不共線但關于桿件中點對稱，分別為連接位置￥321、￥322、￥323、￥324，連接位置￥341、￥342、￥343、￥344，連接位置￥361、￥362、￥363、￥364和連接位置￥381、￥382、￥383、￥384。
[0076]如圖3-2所示，第六折疊單元T6由桿件27、28、29、30組成;第六折疊單元T6中，所述桿件27與內側機翼相對固定，所述桿件27第一連接位置V271與所述桿件28第一連接位置V281通過第三十六轉動副H36連接，所述桿件27第二連接位置V272與所述桿件30第一連接位置V301通過第三十七轉動副H37連接，所述桿件28第二連接位置V282與所述桿件29第一連接位置V291通過第三十八轉動副H38連接，所述桿件29第二連接位置V292與所述桿件30第二連接位置V302通過第三十九轉動副H39連接。
[0077]如圖3-3所示，第七折疊單元T7由桿件31、32、33、34組成;第七折疊單元T7中，所述桿件31第一連接位置V311與所述桿件32第二連接位置V322通過第四十二轉動副H42連接，所述桿件31第二連接位置V312與所述桿件34第二連接位置V342通過第四十三轉動副H43連接，所述桿件32第三連接位置V323與所述桿件33第一連接位置V331通過第四十四轉動副H44連接，所述桿件33第二連接位置V332與所述桿件34第三連接位置V343通過第四十五轉動副H45連接。
[0078]如圖3-4所示，第八折疊單元T8由桿件35、36、37、38組成;第八折疊單元T8中，所述桿件35第一連接位置V351與所述桿件36第二連接位置V362通過第四十八轉動副H48連接，所述桿件35第二連接位置V352與所述桿件38第二連接位置V382通過第四十九轉動副H49連接，所述桿件36第三連接位置V363與所述桿件37第一連接位置V371通過第五十轉動副H50連接，所述桿件37第二連接位置V372與所述桿件38第三連接位置V383通過第五^^一轉動副H51連接。
[0079]如圖3-5所示，第九折疊單元T9由桿件39、40、41、42組成;第九折疊單元T9中，桿件41與翼端相對固定，所述桿件39第一連接位置V391與所述桿件40第二連接位置V402通過第五十四轉動副H54連接，所述桿件39第二連接位置V392與所述桿件42第二連接位置V422通過第五十五轉動副H55連接，所述桿件40第一連接位置V401與所述桿件41第一連接位置V411通過第五十六轉動副H56連接，所述桿件41第二連接位置V412與所述桿件42第一連接位置V421通過第五十七轉動副H57連接。
[0080]如圖3-6所述第六折疊單元T6桿件28第三連接位置V283與第七折疊單元T7桿件32第一連接位置V321通過第四十轉動副H40連接;所述第六折疊單元T6桿件30第三連接位置V303與第七折疊單元T7桿件34第一連接位置V341通過第四^^一轉動副H41連接;所述第六折疊單元T6桿件29第三連接位置V293與桿件43第一連接位置V431通過第五十八轉動副H58連接;所述第七折疊單元T7桿件31第三連接位置V313與桿件44第一連接位置V441通過第六十轉動副H60連接;所述桿件43第二連接位置V432與桿件44第二連接位置V442通過第五十九轉動副H59連接;如圖3-7所示，所述第七折疊單元T7桿件32第四連接位置V324與第八折疊單元T8桿件36第一連接位置V361通過第四十六轉動副H46連接;所述第七折疊單元T7桿件34第四連接位置V344與第八折疊單元T8桿件38第一連接位置V381通過第四十七轉動副H47連接;所述第七折疊單元T7桿件33第三連接位置V333與桿件45第一連接位置V451通過第六i^一轉動副H61連接;所述第八折疊單元T8桿件35第三連接位置V353與桿件46第一連接位置V461通過第六十三轉動副H63連接;所述桿件45第二連接位置V452與桿件46第二連接位置V462通過第六十二轉動副H62連接;如圖3-8所示，所述第八折疊單元T8桿件36第四連接位置V364與第九折疊單元T9桿件40第三連接位置V403通過第五十二轉動副H52連接；所述第八折疊單元T8桿件38第四連接位置V384與第九折疊單元T9桿件42第三連接位置V423通過第五十三轉動副H53連接;所述第八折疊單元T8桿件37第三連接位置V373與桿件47第一連接位置V471通過第六十四轉動副H64連接;所述第九折疊單元T9桿件39第三連接位置V393與桿件48第一連接位置V481通過第六十六轉動副H66連接;所述桿件47第二連接位置V472與桿件48第二連接位置V482通過第六十五轉動副H65連接；
[0081 ]如圖3-1所示，第三十六轉動副H36的軸線、第三十七轉動副H37的軸線、第三十八轉動副H38的軸線、第三十九轉動副H39的軸線、第四十轉動副的軸線H40、第四^^一轉動副H41的軸線、第四十二轉動副H42的軸線、第四十三轉動副H43的軸線、第四十四轉動副H44的軸線、第四十五轉動副H45的軸線、第四十六轉動副H46的軸線、第四十七轉動副H47的軸線、第四十八轉動副H48的軸線、第四十九轉動副H48的軸線、第五十轉動副H50的軸線、第五十一轉動副H51的軸線、第五十二轉動副H52的軸線、第五十三轉動副H53的軸線、第五十四轉動副H54的軸線、第五十五轉動副H55的軸線、第五十六轉動副H56的軸線、第五十七轉動副H57的軸線相互平行都垂直于展向與弦向所在平面，屬于第一類轉動副軸線;第五十八轉動畐IJH58的軸線、第五十九轉動副H59的軸線、第六十轉動副H60的軸線、第六^^一轉動副H61的軸線、第六十二轉動副H62的軸線、第六十三轉動副H63的軸線、第六十四轉動副H64的軸線、第六十五轉動副H65的軸線、第六十六轉動副H66的軸線相互平行，都沿弦向，屬于第二類轉動副軸線;第一類轉動副軸線與第二類轉動副軸線正交。
[0082]所述第四十六轉動副H46的軸線與第四十七轉動副H47的軸線所在平面構成第四平面P4，第三種剛性折疊結構關于所述第四平面P4對稱；
[0083]第三十八轉動副H38，第三十九轉動副H39，第四十轉動副H40，第四^^一轉動副H41，第四十二轉動副H42，第四十三轉動副H43，第五十八轉動副H58，第五十九轉動副H59，第六十轉動副H60與桿件28，桿件29，桿件30，桿件31，桿件32，桿件34，桿件43，桿件44形成的機構為空間過約束Sarrus 9R機構；第六折疊單元T6和第七折疊單元T7通過Sarrus結構相連;第四十四轉動副H44，第四十五轉動副H45，第四十六轉動副H46，第四十七轉動副H47，第四十八轉動副H48，第四十九轉動副H49，第六^^一轉動副H61，第六十二轉動副H62，第六十三轉動副H63與桿件32，桿件33，桿件34，桿件35，桿件36，桿件38，桿件45，桿件46形成的機構為空間過約束Sarrus 9R機構；第七折疊單元T7和第八折疊單元T8通過Sarrus結構相連;第五十轉動副H50，第五十一轉動副H51，第五十二轉動副H52，第五十三轉動副H53，第五十四轉動副H54，第五十五轉動副H55，第六十四轉動副H64，第六十五轉動副H65，第六十六轉動副H66與桿件36，桿件37，桿件38，桿件39，桿件40，桿件42，桿件47，桿件48形成的機構為空間過約束Sarrus 9R機構;第八折疊單元T8和第九折疊單元T9通過Sarrus結構相連;第六折疊單元T6與第九折疊單元T9相同，第七折疊單元T7與第八折疊單元T8相同，相鄰兩個折疊單元通過Sarrus結構相連，整個機構關于第四平面P4對稱。使得整個機構在折展過程中，第九折疊單元T9中的桿件41相對于第六折疊單元T6中的桿件27沿著公法線方向平動。
[0084]利用本實施例所提供的四個折疊單元以及所提供的連接方式，可以構成剛性可折疊結構，其折疊變化由各個折疊單元的形狀、尺寸及轉動副軸線方位決定。本實施例中的可折疊結構由三個空間過約束Sarrus 9R機構和四個4R平行四連桿機構實現兩個單元的折展運動。在任意第一類轉動副上通過單一驅動可使本實施例的可折疊結構由折疊態向展開態變換，通常在靠近內側機翼的轉動副H37處安裝驅動，通過改變桿件30與桿件27之間角度α，實現機構折展。如圖3-9至圖3-12給出了具有兩個折疊單元的剛性折疊結構從完全折疊狀態到完全展開狀態三維圖，驅動角α分別為O度、30度、60度、90度，最終達到另一穩定態，SP展開態，外輪廓為矩形。
[0085]可見，上述可剛性折疊結構只要滿足上述約束條件，即可實現本發明要求的折展效果，其結構形式和折展方式并不受折疊單元的具體結構影響，因此折疊單元的形狀、大小、尺寸、材料等均可根據實際應用要求做任意變換，只要滿足有四個折疊單元，第六、第九折疊單元完全相同，第七、第八折疊單元完全相同，且相鄰折疊單元之間通過Sarrus結構連接，整個結構滿足一系列對稱關系及約束條件即可。
[0086]綜上所述，由于本發明所提出的用于改變機翼翼展的折疊結構具有單一自由度，折展比率大，易于加工，安裝簡單、控制方便等方面的優點，將在可變翼展領域發揮巨大作用。
[0087]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.用于改變機翼翼展的折疊機構，折疊機構的一端與內側機翼固定連接，另一端與翼端固定連接，其特征在于，所述折疊機構由至少兩個折疊單元依次串聯構成，所述折疊單元由四個桿件通過轉動副首尾相連組成環狀結構，包括兩個弦向桿件和兩個非弦向桿件，兩兩平行且相互平行的桿件長度相等； 相鄰折疊單元的非弦向桿件之間，通過轉動副相連，所述弦向桿件與所述非弦向桿件連接的轉動副及非弦向桿件之間連接的轉動副為第一類轉動副，所述第一類轉動副的軸線彼此相互平行，且垂直于機翼翼展的展向與弦向所在平面； 相鄰折疊單元的兩個弦向桿件之間通過兩個連接桿件相連，兩個弦向桿件分別與一個連接桿件的一端通過轉動副相連，兩個連接桿件的另一端通過轉動副相連，弦向桿件與連接桿件之間連接的轉動副以及連接桿件之間連接的轉動副為第二類轉動副，所述第二類轉動副的軸線彼此相互平行，均沿機翼弦向，且垂直于第一類轉動副軸線。2.根據權利要求1所述用于改變機翼翼展的折疊機構，其特征在于，所述第一類轉動副的任意連接處安裝有驅動電機，用以實現折疊機構的折疊與展開。3.根據權利要求2所述用于改變機翼翼展的折疊機構，其特征在于，所述驅動電機以弦向桿件作為機架，驅動非弦向桿件旋轉，旋轉角度范圍為0-90度，O度對應剛性折疊機構完全折疊，90度對應剛性折疊機構完全展開。4.根據權利要求2所述用于改變機翼翼展的折疊機構，其特征在于，所述驅動電機具有制動功能，可在0-90度旋轉范圍內任意位置鎖死，用以實現機翼從完全折疊到完全展開任意時刻的穩態。5.根據權利要求1所述用于改變機翼翼展的折疊機構，其特征在于，所述轉動副為合頁或軸承。6.根據權利要求1所述用于改變機翼翼展的折疊機構，其特征在于，所述機翼上覆蓋有蒙皮，所述蒙皮的一端與內側機翼相連，另一端與翼端相連。
【文檔編號】B64C3/54GK105947179SQ201610343731
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】陳焱, 高彬彬, 康榮杰
【申請人】天津大學