折叠构件、机翼折叠结构、折叠机翼和翼身融合式无人机

本技术涉及无人机，特别是涉及一种折叠构件、机翼折叠结构、折叠机翼和翼身融合式无人机。

背景技术：

1、火星探测是近年来国际深空探测的热点问题，但由于火星上复杂的地形，导致火星车探索视野有限，路线无法精确确定，而火星无人机能够摆脱火星的复杂地形的限制，实现高效的火星探测。对于目前火星上面复杂的地形和大气环境，火星无人机需要具备快慢停等多种功能，以保证任务的高效执行以及无人机自身的安全。传统的固定翼飞机的起飞方式主要为滑跑起飞，起飞降落需要较长的跑道，而火星上复杂的地形基本上无法满足固定翼飞机的起飞降落。而旋翼无人机虽然不受地形的约束，但是却无法满足高速特性的要求，如美国成功发射并进入火星的机智号，采用共轴双旋翼实现无人机的垂直起降，但是机智号飞行速度极慢。

2、2016年，萨里大学研制了倾斜旋翼式无人机y4tr，倾斜旋翼式无人机是一种固定翼与涵道式共轴旋翼融合式无人机，一组共轴反桨旋翼置于无人机中部的涵道，能够实现无人机的垂直起飞，两组单旋翼置于无人机的机头两侧，能够实现无人机的水平飞行，但是该种无人机无法实现高速和低速之间的切换，无法满足多种任务需求。为此，市场上逐渐提出了一些能够收展的折叠机翼，以具有不同的展弦比，以适应高度或低速飞行，实现实现高速飞行，实现了高速、低速的速度切换，满足了多样化的任务需求。为此折叠机翼就需要一种可靠且有效的折叠方式，“基于smpc蒙皮和主动蜂窝结构的可变形机翼结构研究”的论文中提出了一种利用形状记忆聚合物(shape memory polymers，smps)作为蒙皮材料和主动蜂窝结构实现翼梢小翼的展收，具体是在机翼的翼梢和小翼之间设置主动蜂窝结构，通过加热机翼先使smps蒙皮软化，主动蜂窝结构在其内部的气动柔性管膨胀推展，便可推动翼梢和小翼平稳展开，等降温后整个机翼就完成了展开和定型，翼梢和小翼在折叠时，再次加热smps蒙皮软化，在空气升力便可完成折叠。但上述这种纯依靠空气升力完成折叠方式，一方面折叠方式不可靠，存在折叠不成功问题，另一方面使得机翼只能向上折叠，局限了机翼折叠方式，折叠形态少，使得该折叠方式只能用于翼梢和小翼处，而设置在小翼处只能改善气流，无法实现高速、低速飞行切换。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决上述技术问题，提供一种折叠构件、机翼折叠结构、折叠机翼和翼身融合式无人机，为内凹六边形负泊松比蜂窝结构的两个优角增加了弹性复位构件，依靠弹性复位构件的复位力，可实现内凹六边形负泊松比蜂窝结构的折叠，相较于传统的纯依靠升力折叠的方式，弹性复位的折叠方式更加可靠，其局限性更小，当应用于机翼中时，不再局限于机翼的上翼面，局限于翼梢和小翼处，使得机翼具有更多的折叠形态，继而可根据高速和低速的特性设置相应的形态，进一步应用于固定翼与涵道式共轴旋翼的翼身融合式无人机时，便可适应更多复杂的地形地貌的探索，尤其是火星探索。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型公开了一种折叠构件，包括内凹六边形负泊松比蜂窝结构，所述内凹六边形负泊松比蜂窝结构包括第一优角、第二优角以及连接所述第一优角和所述第二优角的两个受压斜边，所述第一优角和所述第二优角相向设置，所述第一优角的夹角大于所述第二优角的夹角，所述第一优角和所述第二优角内设有用于保持两者夹角收缩的弹性复位件，两个所述受压斜边之间连接有充气能够径向膨胀的气动柔性管，所述气动柔性管靠近所述第一优角。

3、优选地，所述弹性复位件为v型弹簧片。

4、还公开了一种机翼折叠结构，包括端部相互铰接的第一机翼斜面和第二机翼斜面，所述第一机翼斜面和所述第二机翼斜面远离铰接点的一端通过smpc柔性蒙皮连接，所述smpc柔性蒙皮的内侧面满铺电阻加热膜，所述第一机翼斜面和所述第二机翼斜面之间设有如上述的折叠构件，所述第一优角朝向所述smpc柔性蒙皮设置。

5、优选地，所述第一机翼斜面和所述第二机翼斜面之间并联有至少两个所述折叠构件。

6、还公开了一种折叠机翼，包括翼根段、翼中段以及翼梢段，所述翼根段和所述翼中段之间、所述翼中段和所述翼梢段之间均通过如上述的机翼折叠结构连接，所述翼根段和所述翼中段之间的所述smpc柔性蒙皮位于上翼面，所述翼中段和所述翼梢段之间的所述smpc柔性蒙皮位于下翼面。

7、优选地，所述翼梢段的后缘处设有副翼。

8、还公开了一种翼身融合式无人机，包括中央设有涵洞的机身，所述涵洞内设有中央旋翼，所述机身的两侧通过方向舵连接有如上述的折叠机翼，所述翼根段的下翼面设有起落架，所述翼梢段转动连接有倾转旋翼，所述机身的尾部设有尾翼。

9、优选地，所述机身为扁平状机身。

10、优选地，所述中央旋翼为一组共轴双旋翼。

11、优选地，所述起落架采用滑撬式起落架。

12、本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

13、1.本实用新型的折叠构件中，为内凹六边形负泊松比蜂窝结构的两个优角增加了弹性复位构件，气动柔性管充气便可克服弹性复位构件复位力，实现内凹六边形负泊松比蜂窝结构的展开，气动柔性管泄气，弹性复位构件的复位力，便可实现内凹六边形负泊松比蜂窝结构的折叠，相较于传统的纯依靠升力折叠的内凹六边形负泊松比蜂窝结构，其折叠方式更加可靠性，局限性更小，当应用于机翼中时在仅局限于机翼的上翼面，使得机翼展收形态局限性降低，使得折叠构件不再仅局限于翼梢和小翼处，可根据高速和低速的特性相应设置。

14、2.本实用新型的机翼折叠结构中，smpc柔性蒙皮受热能够软化，降温能够定型，配合折叠构件，可实现机翼不同形态的切换和定型。

15、3.本实用新型的折叠机翼中，相较于传统机翼折叠处仅能设置在翼梢和小翼处用于改善气流不同，本折叠机翼在翼根段和翼中段、翼中段和翼梢段均设置了机翼折叠结构，且机翼折叠结构朝向相反，使得翼根段和翼中段可以上折，翼中段和翼梢段下折，使折叠机翼在折叠时整体呈z字型，而展开时整体呈一字型，继而具有不同的展弦比，从而改善飞机的飞行性能，适应不同的飞行速度。

16、4.本实用新型的翼身融合式无人机中，将机翼和旋翼进行了融合，在中央旋翼和折叠机翼两侧的倾转旋翼配合下，即可实现垂直起飞、悬停、水平前飞等多种飞行模式，并且配合折叠机翼形态切换，还可以适应不同飞行速度，可广泛适应于各种地形复杂的地区，如火星探索、月球探索以及地球复杂地区的探索等等。

技术特征：

1.一种折叠构件，其特征在于，包括内凹六边形负泊松比蜂窝结构，所述内凹六边形负泊松比蜂窝结构包括第一优角、第二优角以及连接所述第一优角和所述第二优角的两个受压斜边，所述第一优角和所述第二优角相向设置，所述第一优角的夹角大于所述第二优角的夹角，所述第一优角和所述第二优角内设有用于保持两者夹角收缩的弹性复位件，两个所述受压斜边之间连接有充气能够径向膨胀的气动柔性管，所述气动柔性管靠近所述第一优角。

2.根据权利要求1所述的一种折叠构件，其特征在于，所述弹性复位件为v型弹簧片。

3.一种机翼折叠结构，其特征在于，包括端部相互铰接的第一机翼斜面和第二机翼斜面，所述第一机翼斜面和所述第二机翼斜面远离铰接点的一端通过smpc柔性蒙皮连接，所述smpc柔性蒙皮的内侧面满铺电阻加热膜，所述第一机翼斜面和所述第二机翼斜面之间设有如权利要求1或2所述的折叠构件，所述第一优角朝向所述smpc柔性蒙皮设置。

4.根据权利要求3所述的一种机翼折叠结构，其特征在于，所述第一机翼斜面和所述第二机翼斜面之间并联有至少两个所述折叠构件。

5.一种折叠机翼，其特征在于，包括翼根段、翼中段以及翼梢段，所述翼根段和所述翼中段之间、所述翼中段和所述翼梢段之间均通过如权利要求3或4所述的机翼折叠结构连接，所述翼根段和所述翼中段之间的所述smpc柔性蒙皮位于上翼面，所述翼中段和所述翼梢段之间的所述smpc柔性蒙皮位于下翼面。

6.根据权利要求5所述的一种折叠机翼，其特征在于，所述翼梢段的后缘处设有副翼。

7.一种翼身融合式无人机，其特征在于，包括中央设有涵洞的机身，所述涵洞内设有中央旋翼，所述机身的两侧通过方向舵连接有如权利要求5或6所述的折叠机翼，所述翼根段的下翼面设有起落架，所述翼梢段转动连接有倾转旋翼，所述机身的尾部设有尾翼。

8.根据权利要求7所述的一种翼身融合式无人机，其特征在于，所述机身为扁平状机身。

9.根据权利要求7所述的一种翼身融合式无人机，其特征在于，所述中央旋翼为一组共轴双旋翼。

10.根据权利要求7所述的一种翼身融合式无人机，其特征在于，所述起落架采用滑撬式起落架。

技术总结
本技术公开了一种折叠构件、机翼折叠结构、折叠机翼和翼身融合式无人机，属于无人机技术领域，折叠构件中的内凹六边形负泊松比蜂窝结构包括第一优角、第二优角以及两个受压斜边，第一优角和第二优角内设有弹性复位件，两个受压斜边之间设有气动柔性管。机翼折叠结构包括相互铰接的第一机翼斜面和第二机翼斜面，第一机翼斜面和第二机翼斜面之间设有SMPC柔性蒙皮和折叠构件。折叠机翼包括通过机翼折叠结构连接的翼根段、翼中段以及翼梢段。翼身融合式无人机包括机身、中央旋翼、折叠机翼、起落架、倾转旋翼、方向舵以及尾翼。相较于依靠升力折叠的方式，弹性复位折叠方式更加可靠、局限性小，设置时不局限于翼梢和小翼处，机翼具有更多折叠形态。

技术研发人员：黄增,吴笛生,周彤,陈伟杰,杨昊,翟恩常,王靖宇,樊牧
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：20230609
技术公布日：2024/1/15