一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法与流程

1.本发明属于航天航空设备技术领域，涉及机翼结构，具体涉及一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法。


背景技术：

2.直升机问世以来，人们对直升机速度的追求就从未停止过。在认识到常规构型在速度上的局限性以后，研究人员的目光就投向了发展新构型旋翼飞行器，逐渐形成了复合式、倾转式和停转式三种主流的高速构型。
3.其中，停转式高速直升机兼顾了直升机和定翼机的特点，在低速飞行状态，通过旋翼旋转提供气动力；在高速飞行状态，旋翼的桨叶停转（s-72，x-50a）或者收缩（盘翼旋翼机），以定翼机方式提供气动力，通过喷气发动机等实现更高速度的飞行。停转式高速直升机通过旋翼在低速状态和高速状态的不同运行方式，实现了兼顾低速飞行和高速飞行的目的。
4.由于停转式高速直升机的旋翼系统要兼顾旋转和固定/收缩状态，无法做到两种状态下，旋翼均处于较高气动效率，在高速状态下，旋翼的定翼机状态气动效率较低，这是停转式高速直升机一个比较明显的缺点。
5.当前，亟需发展一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法，在不同的飞行状态适应性的改变旋翼的翼型，提高高速状态下旋翼的飞行效率，达到增升减阻的目的。


技术实现要素：

6.针对停转式高速直升机的旋翼在固定翼状态气动效率低的问题，本发明提供了一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法，通过连杆机构传动，能够实现旋翼翼型的前后缘反转变形。
7.本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构，其特点是，所述的非对称翼为左右对称、前后不对称的二维翼型，二维翼型的中间段为二维翼型主体，前端通过一个销轴ⅱ连接前方的旋转襟翼，后端通过另一个销轴ⅱ连接后方的旋转襟翼；旋转襟翼的一端为钝头，另一端为尖头，销轴ⅱ设置在钝头上，旋转襟翼以销轴ⅱ为中心旋转；当二维翼型的前缘为旋转襟翼钝头时，二维翼型的后缘为尖头，当二维翼型的前缘为旋转襟翼尖头时，二维翼型的后缘为钝头；所述的非对称翼型反转机构包括固定框架和两组前后对称的运动组件；固定框架构成二维翼型主体，前后对称的运动组件控制前后两个旋转襟翼同步转动，实现二维翼型反转。
8.进一步地，所述的固定框架包括加强肋板、销轴ⅰ、顶板和下蒙皮；下蒙皮的下表面形状与二维翼型的下表面形状相同，下蒙皮的下表面构成二维翼型下表面的中段；
在下蒙皮的上表面、从前至后设置有若干根并列排列的加强筋，在每根加强筋的左右两端均设置有支座，通过支座固定两个左右对称的加强肋板；在加强肋板的前后两端分别设置有用于固定旋转襟翼的销轴ⅱ的框架；在每个加强肋板的上表面中心，分别设置有一个销轴ⅰ，顶板的下表面通过销轴ⅰ固定在加强肋板的上方，与加强肋板之间保留隔离缝隙，顶板绕销轴ⅰ转动，顶板的上表面构成二维翼型上表面的中段；在顶板的前端，下表面上固定有一组两个左右对称的支座，在顶板的后端，下表面上固定有另一组两个左右对称的支座，四个支座在顶板的下表面上中心对称。
9.进一步地，所述的运动组件包括记忆合金蒙皮、旋转襟翼、销轴ⅱ、连杆ⅲ、翻板ⅰ、翻板ⅱ、滑块、驱动主轴、主动齿轮、从动齿轮、从动主轴、连杆ⅰ与连杆ⅱ；记忆合金蒙皮前后各一块，前方的记忆合金蒙皮连接在前方的旋转襟翼的钝头与顶板的前缘之间，后方的记忆合金蒙皮连接在顶板的后缘与后方的旋转襟翼的钝头之间；前方的记忆合金蒙皮的上表面构成二维翼型上表面的前段，后方的记忆合金蒙皮的上表面构成二维翼型上表面的后段；驱动主轴位于二维翼型的中心对称平面上，从前至后贯穿二维翼型的中间段；在下蒙皮的上表面，还设置有连接驱动主轴的驱动电机，以及控制记忆合金蒙皮变形的加热冷却装置；在二维翼型主体的前段，驱动主轴的前端设置有锥形的主动齿轮；从动主轴与驱动主轴垂直，从动主轴的左端固定在左侧加强肋板上，从动主轴的右端固定在右侧加强肋板上，从动主轴的中心点上设置有与主动齿轮咬合和锥形的从动齿轮；在靠近二维翼型的中心对称平面的位置，从动主轴上左右对称固定有连杆ⅱ，连杆ⅱ的前端固定在从动主轴上，连杆ⅱ的后端连接连杆ⅰ的前端，连杆ⅰ的后端连接对应的支座前端；在前方的旋转襟翼的外侧、靠近销轴ⅱ的位置固定翻板ⅰ的前端、翻板ⅰ的后端连接翻板ⅱ的前端、翻板ⅱ的后端设置有滑块，滑块装卡在下蒙皮上表面的滑槽中；在从动主轴的两端、加强肋板的外侧，左右对称固定连杆ⅲ，连杆ⅲ的前端固定在从动主轴上，连杆ⅲ的后端固定在翻板ⅰ和翻板ⅱ的连接点上；在二维翼型主体的后段，具有与二维翼型主体的前段对称的结构。
10.本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构的使用方法，所述的使用方法如下：起始状态下，二维翼型的前缘为旋转襟翼钝头，二维翼型的后缘为尖头，前方的旋转襟翼为内收状态，后方的旋转襟翼为伸出状态；前方的旋转襟翼的下表面构成二维翼型下表面的前段，后方的翻板ⅱ、翻板ⅰ和旋转襟翼的下表面依次构成二维翼型下表面的后段；驱动电机的输出轴带动驱动主轴旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮带动从动主轴旋转；从动主轴一方面通过连杆ⅱ带动连杆ⅰ，连杆ⅰ带动支座运动，使得顶板绕销轴ⅰ转动；从动主轴另一方面通过连杆ⅲ带动翻板ⅰ，使得旋转襟翼绕销轴ⅱ转动，直至前方的旋转襟翼由内收状态变为伸出状态，翻板ⅰ和翻板ⅱ底部构成连续曲面；在驱动电机工作的同时，加热冷却装置同步控制前方的记忆合金蒙皮和后方的记忆合金蒙皮发生弯度变形，最终实现二维翼型反转，达到终止状态；终止状态下，二维翼型的前缘为尖头，二维翼型的后缘为旋转襟翼的钝头，前方的
旋转襟翼为伸出状态，后方的旋转襟翼为内收状态；前方的旋转襟翼、翻板ⅰ、翻板ⅱ的下表面依次构成二维翼型下表面的前段，后方的旋转襟翼的下表面构成二维翼型下表面的后段。
11.本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法将记忆合金材料与连杆机构组合，通过较少的驱动元件和紧凑的机构布局实现了停转式高速直升机旋翼的前后缘的反转，反转后的旋翼翼型与原旋翼翼型形状对称，且翼面连续，提高了停转式高速直升机在高速状态下旋翼的飞行效率，达到了增升减阻的目的。
附图说明
12.图1为本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构的整体结构示意图（起始状态）；图2为本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构去掉皮记忆合金蒙皮和部分加强肋板的局部结构的轴测图；图3为本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构的整体结构示意图（终止状态）。
13.图中，1.加强肋板；2.销轴ⅰ；3.顶板；4.记忆合金蒙皮；5.旋转襟翼；6.销轴ⅱ；7.连杆ⅲ；8.翻板ⅰ；9.翻板ⅱ；10.滑块；11.下蒙皮；12.驱动主轴；13.主动齿轮；14.从动齿轮；15.从动主轴；16.连杆ⅰ；17.连杆ⅱ。
实施方式
14.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
15.实施例1
16.如图1~图3所示，本实施例的基于连杆组件的非对称翼型反转机构中的非对称翼为左右对称、前后不对称的二维翼型，二维翼型的中间段为二维翼型主体，前端通过一个销轴ⅱ6连接前方的旋转襟翼5，后端通过另一个销轴ⅱ6连接后方的旋转襟翼5；旋转襟翼5的一端为钝头，另一端为尖头，销轴ⅱ6设置在钝头上，旋转襟翼5以销轴ⅱ6为中心旋转；当二维翼型的前缘为旋转襟翼5钝头时，二维翼型的后缘为尖头，当二维翼型的前缘为旋转襟翼5尖头时，二维翼型的后缘为钝头；所述的非对称翼型反转机构包括固定框架和两组前后对称的运动组件；固定框架构成二维翼型主体，前后对称的运动组件控制前后两个旋转襟翼5同步转动，实现二维翼型反转。
17.进一步地，所述的固定框架包括加强肋板1、销轴ⅰ2、顶板3和下蒙皮11；下蒙皮11的下表面形状与二维翼型的下表面形状相同，下蒙皮11的下表面构成二维翼型下表面的中段；在下蒙皮11的上表面、从前至后设置有若干根并列排列的加强筋，在每根加强筋的左右两端均设置有支座，通过支座固定两个左右对称的加强肋板1；在加强肋板1的前后两端分别设置有用于固定旋转襟翼5的销轴ⅱ6的框架；在每个加强肋板1的上表面中心，分别设置有一个销轴ⅰ2，顶板3的下表面通过销轴ⅰ2固定在加强肋板1的上方，与加强肋板1之间保留隔离缝隙，顶板3绕销轴ⅰ2转动，顶板3的上表面构成二维翼型上表面的中段；
在顶板3的前端，下表面上固定有一组两个左右对称的支座，在顶板3的后端，下表面上固定有另一组两个左右对称的支座，四个支座在顶板3的下表面上中心对称。
18.进一步地，所述的运动组件包括记忆合金蒙皮4、旋转襟翼5、销轴ⅱ6、连杆ⅲ7、翻板ⅰ8、翻板ⅱ9、滑块10、驱动主轴12、主动齿轮13、从动齿轮14、从动主轴15、连杆ⅰ16与连杆ⅱ17；记忆合金蒙皮4前后各一块，前方的记忆合金蒙皮4连接在前方的旋转襟翼5的钝头与顶板3的前缘之间，后方的记忆合金蒙皮4连接在顶板3的后缘与后方的旋转襟翼5的钝头之间；前方的记忆合金蒙皮4的上表面构成二维翼型上表面的前段，后方的记忆合金蒙皮4的上表面构成二维翼型上表面的后段；驱动主轴12位于二维翼型的中心对称平面上，从前至后贯穿二维翼型的中间段；在下蒙皮11的上表面，还设置有连接驱动主轴12的驱动电机，以及控制记忆合金蒙皮4变形的加热冷却装置；在二维翼型主体的前段，驱动主轴12的前端设置有锥形的主动齿轮13；从动主轴15与驱动主轴12垂直，从动主轴15的左端固定在左侧加强肋板1上，从动主轴15的右端固定在右侧加强肋板1上，从动主轴15的中心点上设置有与主动齿轮13咬合和锥形的从动齿轮14；在靠近二维翼型的中心对称平面的位置，从动主轴15上左右对称固定有连杆ⅱ17，连杆ⅱ17的前端固定在从动主轴15上，连杆ⅱ17的后端连接连杆ⅰ16的前端，连杆ⅰ16的后端连接对应的支座前端；在前方的旋转襟翼5的外侧、靠近销轴ⅱ6的位置固定翻板ⅰ8的前端、翻板ⅰ8的后端连接翻板ⅱ9的前端、翻板ⅱ9的后端设置有滑块10，滑块10装卡在下蒙皮11上表面的滑槽中；在从动主轴15的两端、加强肋板1的外侧，左右对称固定连杆ⅲ7，连杆ⅲ7的前端固定在从动主轴15上，连杆ⅲ7的后端固定在翻板ⅰ8和翻板ⅱ9的连接点上；在二维翼型主体的后段，具有与二维翼型主体的前段对称的结构。
19.本实施例的基于连杆组件的非对称翼型反转机构的使用方法，所述的使用方法如下：起始状态下，二维翼型的前缘为旋转襟翼5钝头，二维翼型的后缘为尖头，前方的旋转襟翼5为内收状态，后方的旋转襟翼5为伸出状态；前方的旋转襟翼5的下表面构成二维翼型下表面的前段，后方的翻板ⅱ9、翻板ⅰ8和旋转襟翼5的下表面依次构成二维翼型下表面的后段；驱动电机的输出轴带动驱动主轴12旋转，主动齿轮13带动从动齿轮14旋转，从动齿轮14带动从动主轴15旋转；从动主轴15一方面通过连杆ⅱ17带动连杆ⅰ16，连杆ⅰ16带动支座运动，使得顶板3绕销轴ⅰ2转动；从动主轴15另一方面通过连杆ⅲ7带动翻板ⅰ8，使得旋转襟翼5绕销轴ⅱ6转动，直至前方的旋转襟翼5由内收状态变为伸出状态，翻板ⅰ8和翻板ⅱ9底部构成连续曲面；在驱动电机工作的同时，加热冷却装置同步控制前方的记忆合金蒙皮4和后方的记忆合金蒙皮4发生弯度变形，最终实现二维翼型反转，达到终止状态；终止状态下，二维翼型的前缘为尖头，二维翼型的后缘为旋转襟翼5的钝头，前方的旋转襟翼5为伸出状态，后方的旋转襟翼5为内收状态；前方的旋转襟翼5、翻板ⅰ8、翻板ⅱ9的下表面依次构成二维翼型下表面的前段，后方的旋转襟翼5的下表面构成二维翼型下表面的后段。
20.综上所述，本实施例的基于连杆组件的非对称翼型反转机构，采用记忆合金材料
与连杆机构组合，通过较少的驱动元件和紧凑的机构布置实现了停转式高速直升机旋翼的前后缘的反转，旋转襟翼5的转动角度可达160
°
，旋翼翼型实现了180
°
反转，同时反转后的旋翼翼型与原旋翼翼型形状对称，且翼面连续，较好地解决了停转式高速直升机机翼所面临的问题。
21.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构，其特征在于，所述的非对称翼为左右对称、前后不对称的二维翼型，二维翼型的中间段为二维翼型主体，前端通过一个销轴ⅱ（6）连接前方的旋转襟翼（5），后端通过另一个销轴ⅱ（6）连接后方的旋转襟翼（5）；旋转襟翼（5）的一端为钝头，另一端为尖头，销轴ⅱ（6）设置在钝头上，旋转襟翼（5）以销轴ⅱ（6）为中心旋转；当二维翼型的前缘为旋转襟翼（5）钝头时，二维翼型的后缘为尖头，当二维翼型的前缘为旋转襟翼（5）尖头时，二维翼型的后缘为钝头；所述的非对称翼型反转机构包括固定框架和两组前后对称的运动组件；固定框架构成二维翼型主体，前后对称的运动组件控制前后两个旋转襟翼（5）同步转动，实现二维翼型反转。2.根据权利要求1所述的基于连杆组件的非对称翼型反转机构，其特征在于，所述的固定框架包括加强肋板（1）、销轴ⅰ（2）、顶板（3）和下蒙皮（11）；下蒙皮（11）的下表面形状与二维翼型的下表面形状相同，下蒙皮（11）的下表面构成二维翼型下表面的中段；在下蒙皮（11）的上表面、从前至后设置有若干根并列排列的加强筋，在每根加强筋的左右两端均设置有支座，通过支座固定两个左右对称的加强肋板（1）；在加强肋板（1）的前后两端分别设置有用于固定旋转襟翼（5）的销轴ⅱ（6）的框架；在每个加强肋板（1）的上表面中心，分别设置有一个销轴ⅰ（2），顶板（3）的下表面通过销轴ⅰ（2）固定在加强肋板（1）的上方，与加强肋板（1）之间保留隔离缝隙，顶板（3）绕销轴ⅰ（2）转动，顶板（3）的上表面构成二维翼型上表面的中段；在顶板（3）的前端，下表面上固定有一组两个左右对称的支座，在顶板（3）的后端，下表面上固定有另一组两个左右对称的支座，四个支座在顶板（3）的下表面上中心对称。3.根据权利要求2所述的基于连杆组件的非对称翼型反转机构，其特征在于，所述的运动组件包括记忆合金蒙皮（4）、旋转襟翼（5）、销轴ⅱ（6）、连杆ⅲ（7）、翻板ⅰ（8）、翻板ⅱ（9）、滑块（10）、驱动主轴（12）、主动齿轮（13）、从动齿轮（14）、从动主轴（15）、连杆ⅰ（16）与连杆ⅱ（17）；记忆合金蒙皮（4）前后各一块，前方的记忆合金蒙皮（4）连接在前方的旋转襟翼（5）的钝头与顶板（3）的前缘之间，后方的记忆合金蒙皮（4）连接在顶板（3）的后缘与后方的旋转襟翼（5）的钝头之间；前方的记忆合金蒙皮（4）的上表面构成二维翼型上表面的前段，后方的记忆合金蒙皮（4）的上表面构成二维翼型上表面的后段；驱动主轴（12）位于二维翼型的中心对称平面上，从前至后贯穿二维翼型的中间段；在下蒙皮（11）的上表面，还设置有连接驱动主轴（12）的驱动电机，以及控制记忆合金蒙皮（4）变形的加热冷却装置；在二维翼型主体的前段，驱动主轴（12）的前端设置有锥形的主动齿轮（13）；从动主轴（15）与驱动主轴（12）垂直，从动主轴（15）的左端固定在左侧加强肋板（1）上，从动主轴（15）的右端固定在右侧加强肋板（1）上，从动主轴（15）的中心点上设置有与主动齿轮（13）咬合和锥形的从动齿轮（14）；在靠近二维翼型的中心对称平面的位置，从动主轴（15）上左右对称固定有连杆ⅱ（17），连杆ⅱ（17）的前端固定在从动主轴（15）上，连杆ⅱ（17）的后端连接连杆ⅰ（16）的前端，连杆ⅰ（16）的后端连接对应的支座前端；在前方的旋转襟翼（5）的外侧、靠近销轴ⅱ（6）的位置固定翻板ⅰ（8）的前端、翻板ⅰ（8）的后端连接翻板ⅱ（9）的前端、翻板
ⅱ
（9）的后端设置有滑块（10），滑块（10）装卡在下蒙皮（11）上表面的滑槽中；在从动主轴（15）的两端、加强肋板（1）的外侧，左右对称固定连杆ⅲ（7），连杆ⅲ（7）的前端固定在从动主轴（15）上，连杆ⅲ（7）的后端固定在翻板ⅰ（8）和翻板ⅱ（9）的连接点上；在二维翼型主体的后段，具有与二维翼型主体的前段对称的结构。4.一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构的使用方法，其使用方法根据权利要求3所述的基于连杆组件的非对称翼型反转机构，其特征在于，所述的使用方法如下：起始状态下，二维翼型的前缘为旋转襟翼（5）钝头，二维翼型的后缘为尖头，前方的旋转襟翼（5）为内收状态，后方的旋转襟翼（5）为伸出状态；前方的旋转襟翼（5）的下表面构成二维翼型下表面的前段，后方的翻板ⅱ（9）、翻板ⅰ（8）和旋转襟翼（5）的下表面依次构成二维翼型下表面的后段；驱动电机的输出轴带动驱动主轴（12）旋转，主动齿轮（13）带动从动齿轮（14）旋转，从动齿轮（14）带动从动主轴（15）旋转；从动主轴（15）一方面通过连杆ⅱ（17）带动连杆ⅰ（16），连杆ⅰ（16）带动支座运动，使得顶板（3）绕销轴ⅰ（2）转动；从动主轴（15）另一方面通过连杆ⅲ（7）带动翻板ⅰ（8），使得旋转襟翼（5）绕销轴ⅱ（6）转动，直至前方的旋转襟翼（5）由内收状态变为伸出状态，翻板ⅰ（8）和翻板ⅱ（9）底部构成连续曲面；在驱动电机工作的同时，加热冷却装置同步控制前方的记忆合金蒙皮（4）和后方的记忆合金蒙皮（4）发生弯度变形，最终实现二维翼型反转，达到终止状态；终止状态下，二维翼型的前缘为尖头，二维翼型的后缘为旋转襟翼（5）的钝头，前方的旋转襟翼（5）为伸出状态，后方的旋转襟翼（5）为内收状态；前方的旋转襟翼（5）、翻板ⅰ（8）、翻板ⅱ（9）的下表面依次构成二维翼型下表面的前段，后方的旋转襟翼（5）的下表面构成二维翼型下表面的后段。

技术总结
本发明属于航天航空设备技术领域，公开了一种基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法。本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构包括固定框架和两组前后对称的运动组件；固定框架构成二维翼型主体，前后对称的运动组件控制前后两个旋转襟翼同步转动，实现二维翼型反转。本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构的使用方法简单可靠。本发明的基于连杆组件的非对称翼型反转机构及其使用方法将记忆合金材料与连杆机构组合，通过较少的驱动元件和紧凑的机构布局实现了停转式高速直升机旋翼的前后缘的反转，反转后的旋翼翼型与原旋翼翼型形状对称，且翼面连续，提高了停转式高速直升机在高速状态下旋翼的飞行效率，达到了增升减阻的目的。达到了增升减阻的目的。达到了增升减阻的目的。


技术研发人员：蔡清青 聂旭涛 欧李苇 高鑫宇 王贵山
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/4/17