一种小包络低负载的全动舵面安装结构

本发明属于飞行器全动舵面，尤其设计一种小包络低负载的全动舵面安装结构。

背景技术：

1、全动舵面具有操纵效率高，铰链力矩小等优点，但其转动机构和传力路线均通过舵轴相关结构实现。全动舵面安装时，一般通过两个轴承支撑，安装于舵轴两端，约束三个平动自由度和两个转动自由度，只允许舵面沿着舵轴转动。在舵面受到气动载荷时，依靠舵轴传递剪力、弯矩和扭矩，剪力和弯矩通过两个轴承传递至飞行器结构，扭矩直接传递至舵机。

2、当飞行器安装包络较小，出现以下设计约束：

3、1、难以布置复杂的摇臂机构，无法采用直线舵机驱动舵面，需考虑旋转舵机方案。旋转方案中，舵轴末端与舵机安装面直接相连，舵机轴承充当舵轴安装轴承，承担舵面剪力和弯矩的传力作用。就舵机轴承而言，该力一般以径向载荷的形式出现。

4、2、舵面支撑轴承与舵机内的轴承间距远小于舵面支撑轴承与舵面展向压心间距，根据力矩平衡方程，作用于舵机轴承上径向载荷远大于舵面所受的气动载荷。

5、3、无法选用较大体积的舵机。

6、综上所述，对于小包络低负载的全动舵面，由于舵面支撑轴承与舵机内的轴承间距太小，致使舵机选型及安装无法闭合。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提出一种小包络低负载的全动舵面安装结构，目的在于通过增加舵面支撑轴承与舵机轴承的间距，减小支撑轴承与舵面展向压心间距，从而降低舵机轴承上径向载荷。

2、本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：

3、一种小包络低负载的全动舵面安装结构，包括布设在飞机尾部的舵面(1)、用于带动舵面(1)转动并插入到舵面安装基座(7)的舵轴(3)，舵面(1)和舵轴(3)通过螺栓和舵面-舵轴安装螺栓孔(2)固定；其特点是：

4、所述舵面安装结构以舵面安装基座(7)为基础，沿舵轴(3)方向向外设有一个设定高度、设定外径、设定内径的凸台(5)，该凸台(5)与舵面安装基座(7)固连，内部中空，凸台(7)顶端的壁面开孔，用于穿过舵轴(3)，通过将舵面支撑轴承(7)安装于凸台(7)内部顶端，增加了舵面支撑轴承(4)与舵机内部轴承的间距，并减小了舵面支撑轴承(4)与舵面展向压心间距，降低了舵面径向载荷。

5、进一步地，所述凸台(5)的直径依据舵面支撑轴承(4)尺寸进行设计，舵面支撑轴承(4)则依据舵面气动载荷的大小进行选取，凸台(5)的直径略大于舵面(1)的厚度，但对舵面操纵效率影响较小。

6、进一步地，以舵面根部为基础，沿舵轴方向向内设计凹槽。为避免舵面转动过程中与凸台干涉，舵面凹槽高度应略大于凸台高度，舵面凹槽直径应略大于凸台直径。

7、进一步地，选用圆锥滚子轴承作为舵面支撑轴承(4)，用以同时承载较大的轴向载荷和径向载荷，将舵面支撑轴承(4)通过舵面安装基座(7)安装至凸台顶端，并由凸台(5)顶端壁面限位和传力。

8、进一步地，舵轴(3)上设计有舵轴限位环(6)，将舵轴(3)穿过舵面安装基座(7)、舵面支撑轴承(4)、以及凸台(5)顶端壁面，并安装到位后，舵轴限位环(6)与舵面支撑轴承(4)接触，起到对舵面支撑轴承(4)的限位和传力作用。

9、进一步地，将舵机(8)通过舵机安装螺栓(9)安装至舵面安装基座(7)底端，舵轴(3)与舵机(8)沿用常规方式连接，可通过插接或法兰方式连接。

10、进一步地，该设定高度、设定外径、设定内径的凸台(5)，具体为：凸台(5)高度60mm、外径60mm、内径52mm，选用32205圆锥滚子轴承。

11、进一步地，舵面支撑轴承(4)与舵机轴承间距为95mm，舵面支撑轴承(4)与舵面展向压心间距为135mm，舵面最大气动载荷为800n，舵机轴承径向载荷为1137n，降低了74.5％。

12、进一步地，舵面支撑轴承径向载荷1937n，降低了63.2％。

13、本发明的优点效果

14、1、本发明提供了一种小安装包络、低径向载荷的全动舵面安装方法，实现设计闭合，且对气动外形改动较小，对舵面及相关安装结构改动较小，对操纵特性影响较小，可对具有相似问题的舵系进行改装设计。

15、2、采用本方法后，舵面支撑轴承与舵机轴承间距为95mm；舵面支撑轴承与舵面展向压心间距135mm；舵面最大气动载荷为800n；舵机轴承径向载荷为1137n、降低了74.5％；舵面支撑轴承径向载荷为1937n，降低了63.2％，完成某高速飞行器舵系统结构设计闭合。

技术特征：

1.一种小包络低负载的全动舵面安装结构，包括布设在飞机尾部的舵面(1)、用于带动舵面(1)转动并插入到舵面安装基座(7)的舵轴(3)，舵面(1)和舵轴(3)通过螺栓和舵面-舵轴安装螺栓孔(2)固定；其特征在于：

2.根据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于，所述凸台(5)的直径依据舵面支撑轴承(4)尺寸进行设计，舵面支撑轴承(4)则依据舵面气动载荷的大小进行选取，凸台(5)的直径略大于舵面(1)的厚度，但对舵面操纵效率影响较小。

3.根据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：以舵面根部为基础，沿舵轴方向向内设计凹槽。为避免舵面转动过程中与凸台干涉，舵面凹槽高度应略大于凸台高度，舵面凹槽直径应略大于凸台直径。

4.根据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：选用圆锥滚子轴承作为舵面支撑轴承(4)，用以同时承载较大的轴向载荷和径向载荷，将舵面支撑轴承(4)通过舵面安装基座(7)安装至凸台顶端，并由凸台(5)顶端壁面限位和传力。

5.根据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：舵轴(3)上设计有舵轴限位环(6)，将舵轴(3)穿过舵面安装基座(7)、舵面支撑轴承(4)、以及凸台(5)顶端壁面，并安装到位后，舵轴限位环(6)与舵面支撑轴承(4)接触，起到对舵面支撑轴承(4)的限位和传力作用。

6.根据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：将舵机(8)通过舵机安装螺栓(9)安装至舵面安装基座(7)底端，舵轴(3)与舵机(8)沿用常规方式连接，可通过插接或法兰方式连接。

7.根据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：该设定高度、设定外径、设定内径的凸台(5)，具体为：凸台(5)高度60mm、外径60mm、内径52mm，选用32205圆锥滚子轴承。

8.据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：舵面支撑轴承(4)与舵机轴承间距为95mm，舵面支撑轴承(4)与舵面展向压心间距为135mm，舵面最大气动载荷为800n，舵机轴承径向载荷为1137n，降低了74.5％。

9.据权利要求1所述一种小包络低负载的全动舵面安装结构，其特征在于：舵面支撑轴承径向载荷1937n，降低了63.2％。

技术总结
本发明公开了一种小包络低负载的全动舵面安装结构，包括布设在飞机尾部的舵面、用于带动舵面转动并插入到舵面安装基座的舵轴，舵面和舵轴通过螺栓和舵面‑舵轴安装螺栓孔固定；所述舵面安装结构以舵面安装基座为基础，沿舵轴方向向外设有一个设定高度、外径、内径的凸台，该凸台与舵面安装基座固连，凸台顶端的壁面开孔，用于穿过舵轴，通过将舵面支撑轴承安装于凸台内部顶端，增加了舵面支撑轴承与舵机内部轴承的间距，并减小了舵面支撑轴承与舵面展向压心间距，降低了舵面径向载荷。本发明提供了一种小安装包络、低径向载荷的全动舵面安装方法，对气动外形改动较小，对舵面及相关安装结构改动较小，可对具有相似问题的舵系进行改装设计。

技术研发人员：杨磊,葛逸飞,刘文,张陈安,李文皓
受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13