[发明专利]自驱动智能全动空气舵

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能材料驱动的全动空气舵，可用于导弹及高超飞行器的飞行姿态、飞行轨道控制。

背景技术

全动舵是指一种置在飞行器外部，由舵机带动作整体偏转运动的舵面，产生对飞行器的控制力和力矩。全动空气舵的引入可改善飞行器控制的稳定性，但同时使得飞行器重量增大，故一般局限于低空飞行的战术近程导弹上使用。

传统的操纵机构按其驱动动力源可以分为气压、液压、燃气、电传等形式。该系列的驱动机构具有驱动功率大，驱动稳定可靠等优点，但其自身重量较大，置于导弹或高超飞行器体内，会极大增加机体的重量，这就会导致有效载重（导弹作战部）的损失。

按运动方式操纵机构可分为同动机构、差动机构、复合操纵机构（即兼有同动、差动功能）三种。对于安装了两对舵-副翼复合操纵机构的飞行器来说，通常要求其操纵系统具有相对的独立性，即要求机构能同向（起舵的作用）与反向（起副翼的作用）各自独立作用，互不干扰。传统的舵-副翼操纵机构结构复杂，受力不好，占用空间大，重量较大，加工精度要求高，对其更广泛的应用带来了挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种自驱动智能全动空气舵，采用基于智能材料的内置式舵机驱动舵面转动，包括驱动机构，以及由主轴、驱动力臂、舵面加强筋、两个轴承座、两个球铰构成的连接机构。

其中，驱动机构采用X型驱动机构，包括内框架、外框架、作动器A、作动器B、转接推杆A、转接推杆B、铰链、转接头A和转接头B。其中，内框架与外框架均包括左侧板、右侧板以及顶端的连接块三个部分；内框架与外框架中左侧板与右侧板底端间分别通过铰链左端与右端相连。上述结构中，需使内框架中左侧板与右侧板均位于外框架中左侧板与右侧板间，且分别与外框架中左侧板与右侧板间存在间隙。作动器A与作动器B均位于内框架中左侧板和右侧板间，且相互平行设置。作动器A的固定端端部通过转接头A与外框架顶端固连，输出端通过转接推杆A与铰链右端相连；作动器B的固定端端部通过转接头B与外框架顶端固连，输出端通过转接推杆B与铰链左端相连。上述结构驱动机构中，作动器A与作动器B作为整个全动空气舵的动力源，施加相应物理场时，作动器A与作动器B会产生相应位移。在作动器A、作动器B的输出端产生位移时，会使铰链中间柔性削弱部分发生变形，进而带动内外框架顶端产生放大的位移；根据本发明中作动器A和作动器B的输出端与铰链左端和右端的连接方式，在作动器A与作动器B的输出端同时伸长或缩短时，会使铰链两端内侧升高或降低，进而使内框架与外框架的顶端同时相对或相反移动，驱动机构对外产生拉力或推力。由此可见，将驱动机构中内框架或外框架顶端分别作为固定端和输出端时，当驱动机构中作动器A与作动器B的输出端同时伸长或缩短位移L时，会使输出端输出的位移比L大许多，实现了输出位移的放大。

上述驱动机构通过连接机构安装在空气舵内部，具体连接方式为：

连接机构中，主轴的一端通过轴承安装在位于空气舵舵面之间根部位置的轴承座上，并由此端与飞行器机体固定连接；主轴另一端通过轴承安装在位于空气舵舵面之间顶部位置的轴承座上。所述驱动力臂一侧固定安装于主轴侧壁安装面上。舵面加强筋固定于空气舵两片舵面之间，起增加空气舵强度、刚度作用，同时，为驱动机构安装提供附着。两个球铰分别为球铰A与球铰B；其中，球铰A的一端固定安装在驱动机构中内框架顶端，另一端固定安装于舵面加强筋上；球铰B一端固定安装在驱动机构中外框架顶端，另一端固定安装于驱动力臂上；使驱动机构中与驱动力臂相连的一端作为固定端，与舵面加强筋固定的一端作为位移输出端。当驱动机构内框架与外框架的顶端相对移动或反向移动时，驱动机构的位移输出端会推动舵面加强筋，产生力矩，驱动舵面绕主轴转动。

本发明的优点为：

1、本发明自驱动智能全动空气舵，相比传统全动舵的液压电传的驱动方式，智能结构驱动形式具有响应快、精度高、重量轻、体积小等优点；

2、本发明自驱动智能全动空气舵，舵面内置的智能驱动机构具有完全的运动独立性，即每片舵面的运动完全不影响其他舵面，基本可以完全解决传统复合式舵面操纵机构所遇到机构之间互相影响的问题，从而改善飞行器的操纵性和稳定性；

3、本发明自驱动智能全动空气舵，主轴与机体固定连接，交变扭矩由智能材料在交变外加物理场下的形变所承担，可以提高整个驱动机构的可靠性；

4、本发明自驱动智能全动空气舵，可节约飞行器内部空间，从而减轻飞行器重量，进而提升空气舵的应用范围，提升飞行器的飞行品质。

附图说明