[发明专利]一种可连续变形阻力方向舵

说明书

技术领域

本发明属于可变形飞行器技术领域，具体涉及一种可连续变形阻力方向舵。

背景技术

飞翼布局飞机取消了立尾和方向舵，具有结构简单、气动效率高、隐身性能好等优点，在各种飞机布局形式中具有较大优势，如世界上最先进的B-2隐身轰炸机。这种新的布局形式具有很多优点，但同时也对飞行器的控制方面和偏航稳定性提出了新的要求。

飞翼布局飞机主要依靠阻力式偏航装置完成偏航任务。目前常见的阻力式偏航装置包括开裂式阻力方向舵、全动翼尖、嵌入面等，其中开裂式阻力方向舵最为常见。开裂式阻力方向舵通常布置在飞翼布局飞机机翼的副翼外侧，从而获得较大的力臂。当一侧方向舵打开后会引起较大的压差阻力，由于附加阻力较大并且其力臂较长，因此可以获得足够的偏航力矩。但根据现有的资料发现目前所见到的传统阻力方向舵还存在一些不足：1.传统阻力方向舵虽能帮助飞翼布局飞机完成正常的偏航任务，但偏航效率不高；2.舵面均为刚性，无法实现灵活的变形；3.阻力方向舵后方气体流动复杂，而传统阻力方向舵舵面在根部固定，因此舵面后缘存在发生颤振的可能；4.舵面的偏转依靠舵面根部的电机驱动，舵面后缘的气动力经过力臂的放大后作用于电机，对电机的稳定性提出了更高的要求。综上所述，传统的阻力方向舵难以满足人们对飞翼布局飞机多任务、多功能的需求。

随着近年来可变形机翼的发展，连续可变形机翼成为研究热点。机翼的连续变形将大大提高飞行器的操纵效率以适应更复杂的飞行环境。机翼后缘变形可以显著地改善飞行器的气动特性，对飞机的低速巡航、起飞着陆具有重要意义；下偏时可以巡航减阻，从而节省燃料、增加航程；还可以取代传统控制面，用于飞行控制来改善性能。

发明内容

本发明针对传统阻力方向舵效率偏低，无法实现灵活变形的不足，提供了一种可连续变形阻力方向舵及其内部变形结构，这种新型可连续变形阻力方向舵可以通过增加舵面弯度来增大阻力系数，提高偏航效率，并通过CFD仿真进行了计算验证。同时柔性部分采用桁架结构，可提高承受气动载荷的能力，驱动机构中的蜗轮蜗杆机构具有自锁功能，并且驱动力作用到舵面后缘，降低发生颤振的可能，从而提高了稳定性。

本发明提供的一种可连续变形阻力方向舵，主要包括两部分：不可变形的刚体部分和可对称开裂并实现连续变形的柔性部分。其中所述不可变形的刚体部分占整个翼段长度的前60％-80％，其余长度部分为柔性部分。所述的刚性部分的内部结构和蒙皮材料与常规飞机机翼相同，此部分主要用来安装伺服电机、行星减速器、蜗轮蜗杆传动装置以及卷扬机构，工作时伺服电机驱动行星减速器，进而带动蜗杆正向或反向转动，通过蜗轮驱动卷扬机构拉动或松开钢索来实现后缘的打开或闭合。所述的可对称开裂并实现连续变形的柔性部分，柔性部分内部由若干可相对转动的桁架结构作为支撑，其材质为铝合金。在每一舵面内侧，各桁架结构均与一弹簧片滑动连接，它可以使可变形阻力方向舵在没有驱动力作用时快速恢复到原来的位置，柔性部分的可变形蒙皮使用预拉伸弹性复合材料蒙皮，蒙皮与支撑结构之间通过胶接连接，蒙皮的预拉伸可以防止舵面偏转时发生非预期的变形。舵面依靠固定在后缘的钢索牵引来实现偏转，钢索穿过每一桁架上的圆形限位孔连接到刚体部分的卷扬机构上。刚体部分和柔性部分设计成可拆卸形式，两部分装配好后通过螺栓连接，方便维护。

本发明的优点在于：

(1)本发明将连续变形技术应用于阻力方向舵，实现舵面的连续偏转，从而增加了舵面弯度。与传统的阻力方向舵相比，当后缘端点位移相同时，可变形阻力方向舵能够提供更大的压差阻力，从而获得更大的偏航力矩，提高了飞翼布局飞机的偏航效率。

(2)本发明中柔性部分的变形结构是由多个桁架结构连接而成，与目前以有的变形结构相比，其能够提高承受气动载荷以及其他载荷作用的能力，防止结构在过大的外载荷作用下由于压溃作用发生变形或破坏。

(3)本发明使用蜗轮蜗杆机构作为传动装置，具有自锁功能，防止自动回位现象的发生，提高了方向舵的稳定性。

(4)本发明相较于驱动力作用于舵面根部的传统阻力方向舵，其钢索的驱动力作用于舵面后缘，可以降低舵面在复杂气动力作用下发生颤振的可能性。

(5)本发明中各部分均采用模块化处理，除可变形蒙皮外无不可拆卸部分，方便了之后的检查和维修，并且降低了维修成本。

附图说明

图1为可变形阻力方向舵的三维结构示意图。

图2为刚体部分三维结构示意图。

图3为柔性部分三维结构示意图。

图4为桁架模块示意图。