用于改变机翼翼展的折叠机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于改变机翼翼展的折叠机构，该折叠机构是基于Sarrus机构用于改变机翼翼展的单自由度、大折展比的刚性可折叠结构。单自由度保证了整个机翼只需一个驱动电机，避免了多个电机协调配合所带来的复杂性，同时使折叠机翼自身重量大大降低，增加了飞机有效载荷。大折展比保证了飞机可以根据任务要求在速度、机动性、载重量、航程等方面进行调整。通过该机构改变机翼翼展，可以实现飞机功能多样化、调节飞机性能指标，给飞机的储存和运输带来极大便利；整个机构只具有一个自由度，运动控制简单；具有生产加工简单，运动控制方便，高可靠性，高精度等优点，在变形飞机领域中具有重要意义和广泛的应用前景。
【专利说明】
用于改变机翼翼展的折叠机构
技术领域
[0001]本发明涉及用于改变机翼翼展的折叠机构，具体的说，是涉及由单一驱动实现飞机翼展的连续性变化且具有单自由度、大折展比的刚性折叠机构。
【背景技术】
[0002]在莱特兄弟成功使用绳索控制机翼的扭角之后，世界上第一架变形飞机出现了。近几十年，变形飞机技术飞速发展。在变形飞机发展方面，美国一直走在世界前列。2003年，美国防部预先研究计划局(DARPA)启动“变形飞机结构”项目，同时给出了飞机的变形标准:展弦比变化超过200 % ；机翼面积变化高于50 % ；机翼前缘后掠角变化大于20度;机翼扭角不小于5度。
[0003]其中包括通过改变翼展实现机翼面积的大幅度变化，飞机机翼折叠，机翼参考面积降低，可以很大限度地降低飞行阻力，增大飞机飞行速度，增强飞机操纵性，提高飞机的战场生存能力，同时折叠翼展给飞机储存和运输工作带来了极大便利。而飞机机翼展开，可以直接增大飞机的有效载荷和航程，同时减少燃油消耗，大大提高了飞机的运输和侦查能力。通过改变翼展实现机翼面积的大幅度变化，从而使飞机功能多样化。用一架可折展机翼的多功能飞机替代多架传统单一功能飞机不仅可以在不同环境下完成各种特定任务，而且带来的巨大经济效益。
[0004]早期的变翼展飞机有镜筒式折叠机翼、剪刀式折叠机翼、齿轮齿条和液压驱动式折叠机翼等等，其中最著名的是洛克希德.马丁公司生产的“Z字翼”小型无人机，该变形飞机通过将内段机翼向机身折叠，实现机翼收缩，最大可使翼展变化177%。每种折叠飞机都有其优点和缺点，镜筒式折叠机翼可以保证大的折展比，但是机翼整体结构变得很复杂，刚度很差，机翼会发生严重的非必要变形，而且机翼翼展很难得到精确控制;齿轮齿条和液压驱动式折叠机翼可以精确控制机翼折展，但是所附加的重量和所需要的动力是巨大的，大大降低了飞机的有效载荷和航程；“Z字翼”小型无人机机翼在折展过程中需要大量的电机相互配合，不仅消耗能量、降低有效载荷，而且增加机翼各段控制难度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供用于改变机翼翼展的折叠机构，该机构是含有过约束机构的特殊空间刚性折叠机构;通过该机构改变机翼翼展，可以实现飞机功能多样化、调节飞机性能指标，给飞机的储存和运输带来极大便利;整个机构只具有一个自由度，运动控制简单；具有生产加工简单，运动控制方便，高可靠性，高精度等优点，在变形飞机领域中具有重要意义和广泛的应用前景。
[0006]本发明是基于Sarrus机构的用于改变机翼翼展的单自由度、大折展比的刚性可折叠结构，在单一电机的作用下可以实现机翼的折叠与展开。单自由度保证了整个机翼只需一个驱动电机，避免了多个电机协调配合所带来的复杂性，同时使折叠机翼自身重量大大降低，增加了飞机有效载荷。大折展比保证了飞机可以根据任务要求在速度、机动性、载重量、航程等方面进行调整。机构的高精度和高可靠性保证了折叠机翼的稳定与高效。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]用于改变机翼翼展的折叠机构，折叠机构的一端与内侧机翼固定连接，另一端与翼端固定连接，所述折叠机构由至少两个折叠单元依次串联构成，所述折叠单元由四个杆件通过转动副首尾相连组成环状结构，包括两个弦向杆件和两个非弦向杆件，两两平行且相互平行的杆件长度相等；
[0009]相邻折叠单元的非弦向杆件之间，通过转动副相连，所述弦向杆件与所述非弦向杆件连接的转动副及非弦向杆件之间连接的转动副为第一类转动副，所述第一类转动副的轴线彼此相互平行，且垂直于机翼翼展的展向与弦向所在平面；
[0010]相邻折叠单元的两个弦向杆件之间通过两个连接杆件相连，两个弦向杆件分别与一个连接杆件的一端通过转动副相连，两个连接杆件的另一端通过转动副相连，弦向杆件与连接杆件之间连接的转动副以及连接杆件之间连接的转动副为第二类转动副，所述第二类转动副的轴线彼此相互平行，均沿机翼弦向，且垂直于第一类转动副轴线。
[0011]所述第一类转动副的任意连接处安装有驱动电机，用以实现折叠机构的折叠与展开。
[0012]所述驱动电机以弦向杆件作为机架，驱动非弦向杆件旋转，旋转角度范围为0-90度，O度对应刚性折置机构完全折置，90度对应刚性折置机构完全展开。
[0013]所述驱动电机具有制动功能，可在0-90度旋转范围内任意位置锁死，用以实现机翼从完全折置到完全展开任意时刻的稳态。
[0014]所述转动副为合页或轴承。
[0015]所述机翼上覆盖有蒙皮，所述蒙皮的一端与内侧机翼相连，另一端与翼端相连。
[0016]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0017](I)本发明通过单一驱动可以实现整个机构的折叠和展开，从而改变机翼翼展，机构安装及使用方便;单一驱动，大大降低了机翼自身重量，同时可根据实际需求安装在任意折叠单元；
[0018](2)本发明具有较大的折展比率，可根据机翼特征合理设计机构的折展比率，同时根据实际要求设计各个单元的形状和尺寸；
[0019](3)本发明可通过实际需要，增加或减少折叠单元的数量；
[0020](4)本发明可使翼端在展开过程中相对于内侧机翼，沿机翼翼展方向平动，每个运动副均为转动副，使整个机构运行精确、平稳；
[0021](5)本发明可实现机翼由完全折叠状态到完全展开状态的连续变化，在具有制动功能的电机作用下，实现任意位置稳态，从而可以大幅度地调整飞机各项性能指标，以满足不同的飞行任务和要求，同时可给飞机的储存和运输带来极大便利。
【附图说明】
[0022]图1-1是本发明所提供的具有两个折叠单元的刚性折叠结构示意图；
[0023]图1-2为图1-1所示的折叠结构第一折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0024]图1-3为图1-1所示的折叠结构第二折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0025]图1-4为图1-1所示的折叠结构第一折叠单元与第二折叠单元连接处各组成杆件及其连接位置示意图；
[0026]图1-5至图1-8为图1-1所示的刚性可折叠结构的展开过程三维图；
[0027]图2-1是本发明所提供的具有三个折叠单元的刚性折叠结构示意图；
[0028]图2-2为图2-1所示的折叠结构第三折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0029]图2-3为图2-1所示的折叠结构第四折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0030]图2-4为图2-1所示的折叠结构第五折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0031]图2-5为图2-1所示的折叠结构第三折叠单元与第四折叠单元连接处各组成杆件及其连接位置示意图；
[0032]图2-6为图2-1所示的折叠结构第四折叠单元与第五折叠单元连接处各组成杆件及其连接位置示意图；
[0033]图2-7至图2-10为图2-1所示的刚性可折叠结构的展开过程三维图；
[0034]图3-1是本发明所提供的具有四个折叠单元的刚性折叠结构示意图；
[0035]图3-2为图3-1所示的折叠结构第六折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0036]图3-3为图3-1所示的折叠结构第七折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0037]图3-4为图3-1所示的折叠结构第八折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0038]图3-5为图3-1所示的折叠结构第九折叠单元组成杆件及其连接位置示意图；
[0039]图3-6为图3-1所示的折叠结构第六折叠单元与第七折叠单元连接处各组成杆件及其连接位置示意图；
[0040]图3-7为图3-1所示的折叠结构第七折叠单元与第八折叠单元连接处各组成杆件及其连接位置示意图；
[0041]图3-8为图3-1所示的折叠结构第八折叠单元与第九折叠单元连接处各组成杆件及其连接位置示意图；
[0042]图3-9至图3-12为图3-1所示的刚性可折叠结构的展开过程三维图；
[0043]附图标记:
[0044]Pl-第一平面，P2-第二平面，P3-第三平面，P4-第四平面，L1-第一对称中心线；
[0045]Tl-第一折叠单元，T2-第二折叠单元;T3-第三折叠单元，T4-第四折叠单元，T5-第五折叠单元，T6-第六折叠单元，T7-第七折叠单元，T8-第八折叠单元，T9-第九折叠单元；
[0046]HOl-第一转动副，H02-第二转动副，H03-第三转动副，H04-第四转动副，H05-第五转动副，H06-第六转动副，H07-第七转动副，H08-第八转动副，H09_第九转动副，H10_第十转动副，Hl 1-第^^一转动副，H12-第十二转动副，H13-第十三转动副，H14-第十四转动副，H15-第十五转动副，H16-第十六转动副，H17-第十七转动副，H18-第十八转动副，H19-第十九转动副，H20-第二十转动副，H21-第二 ^^一转动副，H22-第二十二转动副，H23-第二十三转动副，H24-第二十四转动副，H25-第二十五转动副，H26-第二十六转动副，H27-第二十七转动副，H28-第二十八转动副，H29-第二十九转动副，H30-第三十转动副，H31_第三^^一转动副，H32-第三十二转动副，H33-第三十三转动副，H34-第三十四转动副，H35-第三十五转动副，H36-第三十六转动副，H37-第三十七转动副，H38-第三十八转动副，H39-第三十九转动副，H40-第四十转动副，H41-第四^^一转动副，H42-第四十二转动副，H43-第四十三转动副，H44-第四十四转动副，H45-第四十五转动副，H46-第四十六转动副，H47-第四十七转动副，H48-第四十八转动副，H49-第四十九转动副，H50-第五十转动副，H51-第五^^一转动副，H52-第五十二转动副，H53-第五十三转动副，H54-第五十四转动副，H55-第五十五转动副，H56-第五十六转动副，H57-第五十七转动副，H58-第五十八转动副，H59-第五十九转动副，H60-第六十转动副，H61-第六^^一转动副，H62-第六十二转动副，H63-第六十三转动副，H64-第六十四转动副，H65-第六十五转动副，H66-第六十六转动副；
[0047]1-第一个杆件，2-第二个杆件，3_第三个杆件，4_第四个杆件，5_第五个杆件，6_第六个杆件，7-第七个杆件，8-第八个杆件，9-第九个杆件，10-第十个杆件，11-第十一个杆件，12-第十二个杆件，13-第十三个杆件，14-第十四个杆件，15-第十五个杆件，16-第十六个杆件，17-第十七个杆件，18-第十八个杆件，19-第十九个杆件，20-第二十个杆件，21-第二十一个杆件，22-第二十二个杆件，23-第二十三个杆件，24-第二十四个杆件，25-第二十五个杆件，26-第二十六个杆件，27-第二十七个杆件，28-第二十八个杆件，29-第二十九个杆件，30-第三十个杆件，31-第三十一个杆件，32-第三十二个杆件，33-第三十三个杆件，34-第三十四个杆件，35-第三十五个杆件，36-第三十六个杆件，37-第三十七个杆件，38-第三十八个杆件，39-第三十九个杆件，40-第四十个杆件，41-第四十一个杆件，42-第四十二个杆件，43-第四十三个杆件，44-第四十四个杆件，45-第四十五个杆件，46-第四十六个杆件，47-第四十七个杆件，48-第四十八个杆件；
[0048]VOll-第一个杆件第一连接位置，V012-第一个杆件第二连接位置，V021-第二个杆件第一连接位置，V022-第二个杆件第二连接位置，V023-第二个杆件第三连接位置，V031-第三个杆件第一连接位置，V032-第三个杆件第二连接位置，V033-第三个杆件第三连接位置，V041-第四个杆件第一连接位置，V042-第四个杆件第二连接位置，V043-第四个杆件第三连接位置，V051-第五个杆件第一连接位置，V052-第五个杆件第二连接位置，V053-第五个杆件第三连接位置，V061-第六个杆件第一连接位置，V062-第六个杆件第二连接位置，V063-第六个杆件第三连接位置，V071-第七个杆件第一连接位置，V072-第七个杆件第二连接位置，V081-第八个杆件第一连接位置，V082-第八个杆件第二连接位置，V083-第八个杆件第三连接位置，V091-第九个杆件第一连接位置，V092-第九个杆件第二连接位置，VlOl-第十个杆件第一连接位置，V102-第十个杆件第二连接位置，Vl 11-第十一个杆件第一连接位置，V112-第十一个杆件第二连接位置，V121-第十二个杆件第一连接位置，V122-第十二个杆件第二连接位置，V123-第十二个杆件第三连接位置，V131-第十三个杆件第一连接位置，V132-第十三个杆件第二连接位置，V133-第十三个杆件第三连接位置，V141-第十四个杆件第一连接位置，V142-第十四个杆件第二连接位置，V143-第十四个杆件第三连接位置，V151-第十五个杆件第一连接位置，V152-第十五个杆件第二连接位置，V153-第十五个杆件第三连接位置，V161-第十六个杆件第一连接位置，V162-第十六个杆件第二连接位置，V163-第十六个杆件第三连接位置，V164-第十六杆件第四连接位置，V171-第十七个杆件第一连接位置，V172-第十七个杆件第二连接位置，V173-第十七个杆件第三连接位置，V181-第十八个杆件第一连接位置，V182-第十八个杆件第二连接位置，V183-第十八个杆件第三连接位置，V184-第十八个杆件第四连接位置，V191-第十九个杆件第一连接位置，V192-第十九个杆件第二连接位置，V193-第十九个杆件第三连接位置，V201-第二十个杆件第一连接位置，V202-第二十个杆件第二连接位置，V203-第二十个杆件第三连接位置，V211-第二十一个杆件第一连接位置，V212-第二十一个杆件第二连接位置，V221-第二十二个杆件第一连接位置，V222-第二十二个杆件第二连接位置，V223-第二十二个杆件第三连接位置，V231-第二十三个杆件第一连接位置，V232-第二十三个杆件第二连接位置，V241-第二十四个杆件第一连接位置，V242-第二十四个杆件第二连接位置，V251-第二十五个杆件第一连接位置，V252-第二十五个杆件第二连接位置，V261-第二十六个杆件第一连接位置，V262-第二十六个杆件第二连接位置，V271-第二十七个杆件第一连接位置，V272-第二十七个杆件第二连接位置，V281-第二十八个杆件第一连接位置，V282-第二十八个杆件第二连接位置，V283-第二十八个杆件第三连接位置，V291-第二十九个杆件第一连接位置，V292-第二十九个杆件第二连接位置，V293-第二十九个杆件第三连接位置，V301-第三十个杆件第一连接位置，V302-第三十个杆件第二连接位置，V303-第三十个杆件第三连接位置，V311-第三^^一个杆件第一连接位置，V312-第三^^一个杆件第二连接位置，V321-第三十二个杆件第一连接位置，V322-第三十二个杆件第二连接位置，V323-第三十二个杆件第三连接位置，V324-第三十二个杆件第四连接位置，V331-第三十三个杆件第一连接位置，V332-第三十三个杆件第二连接位置，V333-第三十三个杆件第三连接位置，V341-第三十四个杆件第一连接位置，V342-第三十四个杆件第二连接位置，V343-第三十四个杆件第三连接位置，V344-第三十四个杆件第四连接位置，V351-第三十五个杆件第一连接位置，V352-第三十五个杆件第二连接位置，V353-第三十五个杆件第三连接位置，V361-第三十六个杆件第一连接位置，V362-第三十六个杆件第二连接位置，V363-第三十六个杆件第三连接位置，V364-第三十六个杆件第四连接位置，V371-第三十七个杆件第一连接位置，V372-第三十七个杆件第二连接位置，V373-第三十七个杆件第三连接位置，V381-第三十八个杆件第一连接位置，V382-第三十八个杆件第二连接位置，V383-第三十八个杆件第三连接位置，V384-第三十八个杆件第四连接位置，V391-第三十九个杆件第一连接位置，V392-第三十九个杆件第二连接位置，V393-第三十九个杆件第三连接位置，V401-第四十个杆件第一连接位置，V402-第四十个杆件第二连接位置，V403-第四十个杆件第三连接位置，V411 -第四十一个杆件第一连接位置，V412-第四十一个杆件第二连接位置，V421-第四十二个杆件第一连接位置，V422-第四十二个杆件第二连接位置，V423-第四十二个杆件第三连接位置，V431-第四十三个杆件第一连接位置，V432-第四十三个杆件第二连接位置，V441 -第四十四个杆件第一连接位置，V442-第四十四个杆件第二连接位置，V451-第四十五个杆件第一连接位置，V452-第四十五个杆件第二连接位置，V461-第四十六个杆件第一连接位置，V462-第四十六个杆件第二连接位置，V471 -第四十七个杆件第一连接位置，V472-第四十七个杆件第二连接位置，V481 -第四十八个杆件第一连接位置，V482-第四十八个杆件第二连接位置；
【具体实施方式】
[0049]下面结合附图对本发明作进一步的描述:
[0050]实施例1
[0051]如图1-1所示，本实施例提供了用于改变机翼翼展的刚性可折叠结构，该折叠机构由两个折叠单元依次串联构成，包括两个相同的折叠单元以及两个连接杆件，分别为第一折叠单元Tl、第二折叠单元T2和连接杆件9、10;两个折叠单元均为平行四连杆机构，每个折叠单元由两个弦向杆件和两个非弦向杆件组成，第一折叠单元Tl包括弦向杆件1、3和非弦向杆件2、4，第二折叠单元T2包括弦向杆件5、7和非弦向杆件6、8。
[0052]杆件1、7完全相同，各有两个用于转动副连接的连接位置，分别为连接位置VOll、V012和连接位置V071、V072，杆件3、5完全相同，各有三个用于转动副连接的连接位置，三处连接位置允许不共线，分别为连接位置￥031、￥032、￥033和连接位置￥051、￥052、￥053，杆件
2、4、6、8完全相同，各有三个用于转动副连接的连接位置，三处连接位置允许不共线，分别为连接位置￥021、￥022、￥023，连接位置￥041、￥042、￥043，连接位置￥061、￥062、￥063，连接位置V081、V082、V083，杆件9、10完全相同，各有两个用于转动副连接的连接位置，分别为连接位置V091、￥092和连接位置￥101、V102。
[0053]如图1-2所示，第一折叠单元Tl由杆件1、2、3、4组成;第一折叠单元Tl中，所述杆件I与内侧机翼相对固定，所述杆件I第一连接位置VOll与所述杆件2第一连接位置V021通过第一转动副HOl连接，所述杆件I第二连接位置V012与所述杆件4第一连接位置V041通过第二转动副H02连接，所述杆件2第二连接位置V022与所述杆件3第一连接位置V031通过第三转动副H03连接，所述杆件3第二连接位置V032与所述杆件4第二连接位置V042通过第四转动副H04连接。
[0054]如图1-3所示，第二折叠单元T2由杆件5、6、7、8组成;第二折叠单元T2中，杆件7与翼端相对固定，所述杆件5第一连接位置V051与所述杆件6第二连接位置V062通过第七转动副H07连接，所述杆件5第二连接位置V052与所述杆件8第二连接位置V082通过第八转动副H08连接，所述杆件6第一连接位置V061与所述杆件7第一连接位置V071通过第九转动副H09连接，所述杆件7第二连接位置V072与所述杆件8第一连接位置V081通过第十转动副HlO连接。
[0055]如图1-4所示，所述第一折叠单元Tl杆件2第三连接位置V023与所述第二折叠单元T2杆件6第三连接位置V063通过第五转动副H05连接，所述第一折叠单元Tl杆件4第三连接位置V043与所述第二折叠单元T2杆件8第三连接位置V083通过第六转动副H06连接，所述第一折叠单元Tl杆件3第三连接位置V033与所述杆件9第一连接位置V091通过第^^一转动副Hll连接，所述第二折叠单元T2杆件5第三连接位置V053与所述杆件10第一连接位置VlOl通过第十三转动副H13连接，所述杆件9第二连接位置V092与所述杆件10第二连接位置V102通过第十二转动副Hl 2连接。
[0056]如图1-1所示，第一转动副HOl的轴线、第二转动副H02的轴线、第三转动副H03的轴线、第四转动副H04的轴线、第五转动副的轴线H05、第六转动副H06的轴线、第七转动副H07的轴线相互平行、第八转动副的轴线H08、第九转动副H09的轴线、第十转动副HlO的轴线相互平行，都垂直于展向与弦向所在平面，属于第一类转动副轴线;第十一转动副Hll的轴线、第十二转动副H12的轴线、第十三转动副H13的轴线相互平行，都沿弦向，属于第二类转动副轴线;第一类转动副轴线与第二类转动副轴线正交。
[0057]所述第5转动副H05的轴线与所述第六转动副H06的轴线所在平面构成第一对称平面Pl，第刚性折叠结构关于所述第一平面Pl对称；
[0058]第三转动副H03，第四转动副H04，第五转动副H05，第六转动副H06，第七转动副H07，第八转动副H08，第^^一转动副Hl I，第十二转动副Hl2，第十三转动副Hl3与杆件2，杆件3，杆件4，杆件5，杆件6，杆件8，杆件9，杆件1形成的机构为空间过约束Sarrus 9R机构;第一折叠单元Tl中的杆件I和第二折叠单元T2中的杆件7通过Sarrus结构相连，使得整个机构在折展过程中，第二折叠单元T2中的杆件7相对于第一折叠单元Tl中的杆件I沿着公法线方向平动。
[0059]利用本实施例所提供的两个折叠单元以及所提供的连接方式，可以构成刚性可折叠结构，其折叠变化由各个折叠单元的形状、尺寸及转动副轴线方位决定。本实施例中的可折叠结构由一个空间过约束Sarrus 9R机构和两个4R平行四连杆机构实现两个单元的折展运动。在任意第一类转动副上通过单一驱动可使本实施例的可折叠结构由折叠态向展开态变换，通常在靠近内侧机翼的转动副H02处安装驱动，通过改变杆件4与杆件I之间角度α，实现机构折展。如图1-5至图1-8给出了具有两个折叠单元的刚性折叠结构从完全折叠状态到完全展开状态三维图，驱动角α分别为O度、30度、60度、90度，最终达到另一稳定态，即展开态，外轮廓为矩形。
[0060]可见，上述可刚性折叠结构只要满足上述约束条件，即可实现本发明要求的折展效果，其结构形式和折展方式并不受折叠单元的具体结构影响，因此折叠单元的形状、大小、尺寸、材料等均可根据实际应用要求做任意变换，只要满足两个折叠单元完全相同，折叠单元之间通过Sarrus结构连接，整个结构满足一系列对称关系及约束条件即可。
[0061 ] 实施例2
[0062]如图2-1所示，本实施例提供了用于改变机翼翼展的刚性可折叠结构，该折叠机构由三个折叠单元依次串联构成，包括三个折叠单元以及四个连接杆件，分别为第三折叠单元Τ3、第四折叠单元Τ4、第五折叠单元Τ5和连接杆件23、24、25、26;三个折叠单元均为平行四连杆机构，每个折叠单元由两个弦向杆件和两个非弦向杆件组成，第三折叠单元Τ3与第五折叠单元Τ5相同，第三折叠单元Τ3包括弦向杆件11、13和非弦向杆件12、14，第四折叠单元Τ4包括弦向杆件15、17和非弦向杆件16、18，第五折叠单元Τ5包括弦向杆件19、21和非弦向杆件20、22。
[0063]杆件11、21完全相同，各有两个用于转动副连接的连接位置，分别为连接位置￥111、￥112和连接位置￥211、￥212，杆件13、15、17、19完全相同，各有三个用于转动副连接的连接位置，三处连接位置允许不共线，分别为连接位置￥131、￥132、￥133，连接位置￥151、￥152、￥153，连接位置￥171、￥172、￥173和连接位置￥191、￥192、￥193，杆件12、14、20、22完全相同，各有三个用于转动副连接的连接位置，三处连接位置允许不共线，分别为连接位置V121、V122、V123，连接位置V141、V142、V143，连接位置V201、V202、V203，连接位置V221、V222、V223，杆件23、24、25、26完全相同，各有两个用于转动副连接的连接位置，分别为连接位置V23UV232，连接位置V24UV242，连接位置V25UV252，连接位置V26UV262，杆件16、18完全相同，各有四个用于转动副连接的连接位置，四处连接位置允许不共线但关于杆件中点对称，分别为连接位置￥161、￥162、￥163、￥164和连接位置￥181、￥182、￥183、￥184，杆件16、18长度为杆件12、14、20、22长度的二倍。
[0064]如图2-2所示，第三折叠单元T3由杆件11、12、13、14组成;第三折叠单元T3中，所述杆件11与内侧机翼相对固定，所述杆件11第一连接位置Vlll与所述杆件12第一连接位置V121通过第十四转动副H14连接，所述杆件11第二连接位置Vl 12与所述杆件14第一连接位置V141通过第十五转动副H15连接，所述杆件12第二连接位置V122与所述杆件13第一连接位置V131通过第十六转动副H16连接，所述杆件13第二连接位置V132与所述杆件14第二连接位置V142通过第十七转动副H17连接。
[0065]如图2-3所示，第四折叠单元T4由杆件15、16、17、18组成;第四折叠单元T4中，所述杆件15第一连接位置V151与所述杆件16第二连接位置V162通过第二十转动副H20连接，所述杆件15第二连接位置V152与所述杆件18第二连接位置V182通过第二 ^^一转动副H21连接，所述杆件16第三连接位置V163与所述杆件17第一连接位置V171通过第二十二转动副H22连接，所述杆件17第二连接位置V172与所述杆件18第三连接位置V182通过第二十三转动副H23连接。
[0066]如图2-4所示，第五折叠单元T5由杆件19、20、21、22组成;第五折叠单元T5中，杆件21与翼端相对固定，所述杆件19第一连接位置V191与所述杆件20第二连接位置V202通过第二十六转动副H26连接，所述杆件19第二连接位置V192与所述杆件22第二连接位置V222通过第二十七转动副H27连接，所述杆件20第一连接位置V201与所述杆件21第一连接位置V211通过第二十八转动副H28连接，所述杆件21第二连接位置V212与所述杆件22第一连接位置V221通过第二十九转动副H29连接。
[0067]如图2-5所示，所述第三折叠单元T3杆件12第三连接位置V123与第四折叠单元T4杆件16第一连接位置V161通过第十八转动副H18连接;所述第三折叠单元T3杆件14第三连接位置V143与第四折叠单元杆件18第一连接位置V181通过第十九转动副H19连接;所述第三折叠单元T3杆件13第三连接位置V133与杆件23第一连接位置V231通过第三十转动副H30连接;所述第四折叠单元T4杆件15第三连接位置V153与杆件24第一连接位置V241通过第三十二转动副H32连接;所述杆件23第二连接位置V232与杆件24第二连接位置V242通过第三十一转动副H31连接;如图2-6所示，所述第四折叠单元T4杆件16第四连接位置V164与第五折叠单元T5杆件20第三连接位置V203通过第二十四转动副H24连接;所述第四折叠单元T4杆件18第四连接位置V184与第五折叠单元杆件22第三连接位置V223通过第二十五转动副H25连接;所述第四折叠单元T4杆件17第三连接位置V173与杆件25第一连接位置V251通过第三十三转动副H33连接;所述第五折叠单元T5杆件19第三连接位置V193与杆件26第一连接位置V261通过第三十五转动副H35连接;所述杆件25第二连接位置V252与杆件26第二连接位置V262通过第三十四转动副H34连接；
[0068]如图2-1所示，第十四转动副H14的轴线、第十五转动副H15的轴线、第十六转动副H16的轴线、第十七转动副H17的轴线、第十八转动副的轴线H18、第十九转动副H19的轴线、第二十转动副H20的轴线、第二 ^^一转动副H21的轴线、第二十二转动副H22的轴线、第二十三转动副H23的轴线、第二十四转动副H24的轴线、第二十五转动副的轴线H25、第二十六转动副H26的轴线、第二十七转动副H27、第二十八转动副H28的轴线、第二十九转动副H29的轴线相互平行都垂直于展向与弦向所在平面，属于第一类转动副轴线;第三十转动副H30的轴线、第三i^一转动副H31的轴线、第三十二转动副H32的轴线、第三十三转动副H33的轴线、第三十四转动副H34的轴线、第三十五转动副H35的轴线相互平行，都沿弦向，属于第二类转动副轴线;第一类转动副轴线与第二类转动副轴线正交。
[0069]所述第二十转动副H20的轴线与第二十三转动副H23的轴线所在平面构成第二平面P2;所述第二十一转动副H21的轴线与第二十二转动副H22的轴线所在平面构成第三平面P3;所述第二平面P2与所述第三平面P3交线为第一对称中心线LI;第二种刚性折叠结构关于所述第一对称中心线LI对称；
[0070]第十六转动副H16，第十七转动副H17，第十八转动副H18，第十九转动副H19，第二十转动副H20，第二 ^^一转动副H21，第三十转动副H30，第三^^一转动副H31，第三十二转动副H32与杆件12，杆件13，杆件14，杆件15，杆件16，杆件18，杆件23，杆件24形成的机构为空间过约束Sarrus 9R机构;第三折叠单元T3和第四折叠单元T4通过Sarrus结构相连;第二十二转动副H22，第二十三转动副H23，第二十四转动副H24，第二十五转动副H25，第二十六转动副H26，第二十七转动副H27，第三十三转动副H33，第三十四转动副H34，第三十五转动副H35与杆件16，杆件17，杆件18，杆件19，杆件20，杆件22，杆件25，杆件26形成的机构为空间过约束Sarrus 9R机构;第四折叠单元和第五折叠单元T5通过Sarrus结构相连;第五折叠单元T5与第三折叠单元T3相同，相邻两个折叠单元通过Sarrus结构相连，整个机构关于第一对称中心线LI对称。使得整个机构在折展过程中，第五折叠单元T3中的杆件21相对于第三折叠单元T3中的杆件11沿着公法线方向平动。
[0071]利用本实施例所提供的三个折叠单元以及所提供的连接方式，可以构成刚性可折叠结构，其折叠变化由各个折叠单元的形状、尺寸及转动副轴线方位决定。本实施例中的可折叠结构由两个空间过约束Sarrus 9R机构和三个4R平行四连杆机构实现两个单元的折展运动。在任意第一类转动副上通过单一驱动可使本实施例的可折叠结构由折叠态向展开态变换，通常在靠近内侧机翼的转动副H15处安装驱动，通过改变杆件14与杆件11之间角度α，实现机构折展。如图2-7至图2-10给出了具有两个折叠单元的刚性折叠结构从完全折叠状态到完全展开状态三维图，驱动角α分别为O度、30度、60度、90度，最终达到另一稳定态，SP展开态，外轮廓为矩形。
[0072]可见，上述可刚性折叠结构只要满足上述约束条件，即可实现本发明要求的折展效果，其结构形式和折展方式并不受折叠单元的具体结构影响，因此折叠单元的形状、大小、尺寸、材料等均可根据实际应用要求做任意变换，只要满足有三个折叠单元，第三、第五折叠单元完全相同，第四折叠单元Τ4中非弦向杆件长度是第三折叠单元Τ3、第五折叠单元Τ5中非弦向杆件长度的二倍，且相邻折叠单元之间通过Sarrus结构连接，整个结构满足一系列对称关系及约束条件即可。
[0073]实施例3
[0074]如图3-1所示，本实施例提供了用于改变机翼翼展的刚性可折叠结构，该折叠机构由四个折叠单元依次串联构成，包括四个折叠单元以及六个连接杆件，分别为第六折叠单元Τ6、第七折叠单元Τ7、第八折叠单元Τ8、第九折叠单元T9和连接杆件43、44、45、46、47、48;四个折叠单元均为平行四连杆机构，每个折叠单元由两个弦向杆件和两个非弦向杆件组成，第六折叠单元Τ6与第九折叠单元T9相同，第七折叠单元Τ7与第八折叠单元Τ8相同，第六折叠单元Τ6包括弦向杆件27、29和非弦向杆件28、30，第七折叠单元了7包括弦向杆件31、33和非弦向杆件32、34，第八折叠单元Τ8包括弦向杆件35、37和非弦向杆件36、38，第九折叠单元T9包括弦向杆件39、41和非弦向杆件40、42。
[0075]杆件27、41完全相同，各有两个用于转动副连接的连接位置，分别为连接位置￥271、￥272和连接位置￥411、￥412，杆件29、31、33、35、37、39完全相同，各有三个用于转动副连接的连接位置，三处连接位置允许不共线，分别为连接位置V291、V292、V293，连接位置V311、V312、V313，连接位置V331、V332、V333，连接位置V351、V352、V353，连接位置V371、￥372、￥373和连接位置￥391、￥392、￥393，杆件28、30、40、42完全相同，各有三个用于转动副连接的连接位置，三处连接位置允许不共线，分别为连接位置V281、V282、V283，连接位置￥301、￥302、￥303，连接位置￥401、￥402、￥403，连接位置￥421、￥422、￥423，杆件43、44、45、46、47、48完全相同，各有两个用于转动副连接的连接位置，分别为连接位置V43UV432，连接位置V441、V442，连接位置V451、V452，连接位置V461、V462，连接位置V471、V472，连接位置V481、V482，杆件32、34、36、38完全相同，各有四个用于转动副连接的连接位置，四处连接位置允许不共线但关于杆件中点对称，分别为连接位置￥321、￥322、￥323、￥324，连接位置￥341、￥342、￥343、￥344，连接位置￥361、￥362、￥363、￥364和连接位置￥381、￥382、￥383、￥384。
[0076]如图3-2所示，第六折叠单元T6由杆件27、28、29、30组成;第六折叠单元T6中，所述杆件27与内侧机翼相对固定，所述杆件27第一连接位置V271与所述杆件28第一连接位置V281通过第三十六转动副H36连接，所述杆件27第二连接位置V272与所述杆件30第一连接位置V301通过第三十七转动副H37连接，所述杆件28第二连接位置V282与所述杆件29第一连接位置V291通过第三十八转动副H38连接，所述杆件29第二连接位置V292与所述杆件30第二连接位置V302通过第三十九转动副H39连接。
[0077]如图3-3所示，第七折叠单元T7由杆件31、32、33、34组成;第七折叠单元T7中，所述杆件31第一连接位置V311与所述杆件32第二连接位置V322通过第四十二转动副H42连接，所述杆件31第二连接位置V312与所述杆件34第二连接位置V342通过第四十三转动副H43连接，所述杆件32第三连接位置V323与所述杆件33第一连接位置V331通过第四十四转动副H44连接，所述杆件33第二连接位置V332与所述杆件34第三连接位置V343通过第四十五转动副H45连接。
[0078]如图3-4所示，第八折叠单元T8由杆件35、36、37、38组成;第八折叠单元T8中，所述杆件35第一连接位置V351与所述杆件36第二连接位置V362通过第四十八转动副H48连接，所述杆件35第二连接位置V352与所述杆件38第二连接位置V382通过第四十九转动副H49连接，所述杆件36第三连接位置V363与所述杆件37第一连接位置V371通过第五十转动副H50连接，所述杆件37第二连接位置V372与所述杆件38第三连接位置V383通过第五^^一转动副H51连接。
[0079]如图3-5所示，第九折叠单元T9由杆件39、40、41、42组成;第九折叠单元T9中，杆件41与翼端相对固定，所述杆件39第一连接位置V391与所述杆件40第二连接位置V402通过第五十四转动副H54连接，所述杆件39第二连接位置V392与所述杆件42第二连接位置V422通过第五十五转动副H55连接，所述杆件40第一连接位置V401与所述杆件41第一连接位置V411通过第五十六转动副H56连接，所述杆件41第二连接位置V412与所述杆件42第一连接位置V421通过第五十七转动副H57连接。
[0080]如图3-6所述第六折叠单元T6杆件28第三连接位置V283与第七折叠单元T7杆件32第一连接位置V321通过第四十转动副H40连接;所述第六折叠单元T6杆件30第三连接位置V303与第七折叠单元T7杆件34第一连接位置V341通过第四^^一转动副H41连接;所述第六折叠单元T6杆件29第三连接位置V293与杆件43第一连接位置V431通过第五十八转动副H58连接;所述第七折叠单元T7杆件31第三连接位置V313与杆件44第一连接位置V441通过第六十转动副H60连接;所述杆件43第二连接位置V432与杆件44第二连接位置V442通过第五十九转动副H59连接;如图3-7所示，所述第七折叠单元T7杆件32第四连接位置V324与第八折叠单元T8杆件36第一连接位置V361通过第四十六转动副H46连接;所述第七折叠单元T7杆件34第四连接位置V344与第八折叠单元T8杆件38第一连接位置V381通过第四十七转动副H47连接;所述第七折叠单元T7杆件33第三连接位置V333与杆件45第一连接位置V451通过第六i^一转动副H61连接;所述第八折叠单元T8杆件35第三连接位置V353与杆件46第一连接位置V461通过第六十三转动副H63连接;所述杆件45第二连接位置V452与杆件46第二连接位置V462通过第六十二转动副H62连接;如图3-8所示，所述第八折叠单元T8杆件36第四连接位置V364与第九折叠单元T9杆件40第三连接位置V403通过第五十二转动副H52连接；所述第八折叠单元T8杆件38第四连接位置V384与第九折叠单元T9杆件42第三连接位置V423通过第五十三转动副H53连接;所述第八折叠单元T8杆件37第三连接位置V373与杆件47第一连接位置V471通过第六十四转动副H64连接;所述第九折叠单元T9杆件39第三连接位置V393与杆件48第一连接位置V481通过第六十六转动副H66连接;所述杆件47第二连接位置V472与杆件48第二连接位置V482通过第六十五转动副H65连接；
[0081 ]如图3-1所示，第三十六转动副H36的轴线、第三十七转动副H37的轴线、第三十八转动副H38的轴线、第三十九转动副H39的轴线、第四十转动副的轴线H40、第四^^一转动副H41的轴线、第四十二转动副H42的轴线、第四十三转动副H43的轴线、第四十四转动副H44的轴线、第四十五转动副H45的轴线、第四十六转动副H46的轴线、第四十七转动副H47的轴线、第四十八转动副H48的轴线、第四十九转动副H48的轴线、第五十转动副H50的轴线、第五十一转动副H51的轴线、第五十二转动副H52的轴线、第五十三转动副H53的轴线、第五十四转动副H54的轴线、第五十五转动副H55的轴线、第五十六转动副H56的轴线、第五十七转动副H57的轴线相互平行都垂直于展向与弦向所在平面，属于第一类转动副轴线;第五十八转动畐IJH58的轴线、第五十九转动副H59的轴线、第六十转动副H60的轴线、第六^^一转动副H61的轴线、第六十二转动副H62的轴线、第六十三转动副H63的轴线、第六十四转动副H64的轴线、第六十五转动副H65的轴线、第六十六转动副H66的轴线相互平行，都沿弦向，属于第二类转动副轴线;第一类转动副轴线与第二类转动副轴线正交。
[0082]所述第四十六转动副H46的轴线与第四十七转动副H47的轴线所在平面构成第四平面P4，第三种刚性折叠结构关于所述第四平面P4对称；
[0083]第三十八转动副H38，第三十九转动副H39，第四十转动副H40，第四^^一转动副H41，第四十二转动副H42，第四十三转动副H43，第五十八转动副H58，第五十九转动副H59，第六十转动副H60与杆件28，杆件29，杆件30，杆件31，杆件32，杆件34，杆件43，杆件44形成的机构为空间过约束Sarrus 9R机构；第六折叠单元T6和第七折叠单元T7通过Sarrus结构相连;第四十四转动副H44，第四十五转动副H45，第四十六转动副H46，第四十七转动副H47，第四十八转动副H48，第四十九转动副H49，第六^^一转动副H61，第六十二转动副H62，第六十三转动副H63与杆件32，杆件33，杆件34，杆件35，杆件36，杆件38，杆件45，杆件46形成的机构为空间过约束Sarrus 9R机构；第七折叠单元T7和第八折叠单元T8通过Sarrus结构相连;第五十转动副H50，第五十一转动副H51，第五十二转动副H52，第五十三转动副H53，第五十四转动副H54，第五十五转动副H55，第六十四转动副H64，第六十五转动副H65，第六十六转动副H66与杆件36，杆件37，杆件38，杆件39，杆件40，杆件42，杆件47，杆件48形成的机构为空间过约束Sarrus 9R机构;第八折叠单元T8和第九折叠单元T9通过Sarrus结构相连;第六折叠单元T6与第九折叠单元T9相同，第七折叠单元T7与第八折叠单元T8相同，相邻两个折叠单元通过Sarrus结构相连，整个机构关于第四平面P4对称。使得整个机构在折展过程中，第九折叠单元T9中的杆件41相对于第六折叠单元T6中的杆件27沿着公法线方向平动。
[0084]利用本实施例所提供的四个折叠单元以及所提供的连接方式，可以构成刚性可折叠结构，其折叠变化由各个折叠单元的形状、尺寸及转动副轴线方位决定。本实施例中的可折叠结构由三个空间过约束Sarrus 9R机构和四个4R平行四连杆机构实现两个单元的折展运动。在任意第一类转动副上通过单一驱动可使本实施例的可折叠结构由折叠态向展开态变换，通常在靠近内侧机翼的转动副H37处安装驱动，通过改变杆件30与杆件27之间角度α，实现机构折展。如图3-9至图3-12给出了具有两个折叠单元的刚性折叠结构从完全折叠状态到完全展开状态三维图，驱动角α分别为O度、30度、60度、90度，最终达到另一稳定态，SP展开态，外轮廓为矩形。
[0085]可见，上述可刚性折叠结构只要满足上述约束条件，即可实现本发明要求的折展效果，其结构形式和折展方式并不受折叠单元的具体结构影响，因此折叠单元的形状、大小、尺寸、材料等均可根据实际应用要求做任意变换，只要满足有四个折叠单元，第六、第九折叠单元完全相同，第七、第八折叠单元完全相同，且相邻折叠单元之间通过Sarrus结构连接，整个结构满足一系列对称关系及约束条件即可。
[0086]综上所述，由于本发明所提出的用于改变机翼翼展的折叠结构具有单一自由度，折展比率大，易于加工，安装简单、控制方便等方面的优点，将在可变翼展领域发挥巨大作用。
[0087]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.用于改变机翼翼展的折叠机构，折叠机构的一端与内侧机翼固定连接，另一端与翼端固定连接，其特征在于，所述折叠机构由至少两个折叠单元依次串联构成，所述折叠单元由四个杆件通过转动副首尾相连组成环状结构，包括两个弦向杆件和两个非弦向杆件，两两平行且相互平行的杆件长度相等； 相邻折叠单元的非弦向杆件之间，通过转动副相连，所述弦向杆件与所述非弦向杆件连接的转动副及非弦向杆件之间连接的转动副为第一类转动副，所述第一类转动副的轴线彼此相互平行，且垂直于机翼翼展的展向与弦向所在平面； 相邻折叠单元的两个弦向杆件之间通过两个连接杆件相连，两个弦向杆件分别与一个连接杆件的一端通过转动副相连，两个连接杆件的另一端通过转动副相连，弦向杆件与连接杆件之间连接的转动副以及连接杆件之间连接的转动副为第二类转动副，所述第二类转动副的轴线彼此相互平行，均沿机翼弦向，且垂直于第一类转动副轴线。2.根据权利要求1所述用于改变机翼翼展的折叠机构，其特征在于，所述第一类转动副的任意连接处安装有驱动电机，用以实现折叠机构的折叠与展开。3.根据权利要求2所述用于改变机翼翼展的折叠机构，其特征在于，所述驱动电机以弦向杆件作为机架，驱动非弦向杆件旋转，旋转角度范围为0-90度，O度对应刚性折叠机构完全折叠，90度对应刚性折叠机构完全展开。4.根据权利要求2所述用于改变机翼翼展的折叠机构，其特征在于，所述驱动电机具有制动功能，可在0-90度旋转范围内任意位置锁死，用以实现机翼从完全折叠到完全展开任意时刻的稳态。5.根据权利要求1所述用于改变机翼翼展的折叠机构，其特征在于，所述转动副为合页或轴承。6.根据权利要求1所述用于改变机翼翼展的折叠机构，其特征在于，所述机翼上覆盖有蒙皮，所述蒙皮的一端与内侧机翼相连，另一端与翼端相连。
【文档编号】B64C3/54GK105947179SQ201610343731
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】陈焱, 高彬彬, 康荣杰
【申请人】天津大学