一种基于发射筒的固定翼无人机折叠机构的制作方法

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种基于发射筒的固定翼无人机折叠机构。

背景技术：

无人机的发展和应用已经引起了各国的高度重视，人们对无人机的环境适应性、工作领域提出了更高的要求。无人机结合发射筒完成垂直发射，并进行空中任务逐渐成为各国研究的重点。发射筒发射固定翼无人机区别于传统发射筒发射和传统折叠翼无人机，需要进行机翼的收拢并装载于发射筒内，并且需要一种独立性和自主作业能力强大，飞行稳定快速，结构可靠的折叠方案。

传统的变后掠翼折叠方案是将两片机翼的翼根固定在轴向转轴上，并采用上下布置。折叠后，两片机翼叠在一起。这种折叠方案的问题在于两片高度不一致的机翼产生升力有差别，会产生横滚力矩，需要副翼单独分出一部分角度余量平衡横滚力矩，导致副翼的调节能力降低。

在上述的基础上发展出来的双层翼折叠机构，将上下机翼进行镜像布置抵消产生的横滚转矩。这种折叠方式能够解决机翼的横滚力矩不平衡，但是却增大了机翼折叠的折叠高度，进而增加了机身的纵向高度，不适用于发射筒内发射。为此，另一种折叠方式将轴向转轴分为两个，并放置于机身截面的边缘，两侧机翼并排叠放在一起。这种折叠方式可以解决机翼折叠截面面积过大的问题，但是采用这种折叠方式的机翼造成了机翼折叠面面积的浪费，而且不带有自锁功能，在高速飞行时，机翼产生的相对于转动轴的轴向转矩过大则会导致机翼变形甚至失速坠毁。

一些同样采用机翼贴合机身的折叠方案，大多只具备展开或收拢能力的一项，并且只进行了机翼的阻力方向自锁，并没有对机翼进行升力方向上的自锁。

此外，上述的折叠翼方案都不具备调节机翼迎角的能力，传统的调节机翼迎角的结构也较少应用于折叠翼领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种升力稳定、机翼有效面积大且带有自锁能力的基于发射筒的固定翼无人机折叠机构，以实现固定翼无人机能够平稳地进行机翼展开与折叠动作，能够保证高速航行时折叠机翼的稳定性，并能够准确的控制机翼迎角以适应不同的飞行条件。

为实现以上目的，本发明的目的是这样实现的，一种基于发射筒的固定翼无人机折叠机构，其特征是：至少包括：展开支架、轴向转轴、齿轮传动机构、弦向关节、左右双层翼，左右弦向关节机构通过关节底座连接在左右双层翼内侧，齿轮传动机构和展开舵机通过展开支架与轴向转轴轴连接，齿轮传动机构包括：从动齿轮、主动齿轮；展开舵机通过驱动轴与主动齿轮轴连接，主动齿轮与从动齿轮径向齿连接，轴向转动杆穿过从动齿轮轴心与其轴连接；展开舵机通过驱动齿轮机构控制左右关节机构进行轴向的旋转运动，由左右弦向关节机构控制左右双层翼实现转动迎角；当固定翼无人机经过姿态转换变为垂直状态后，进行机翼的收拢动作，折叠机构的展开舵机顺时针转动，带动轴向转轴逆时针转动，实现双层翼绕轴向转轴的轴向收拢；关节舵机通过机翼连接底座连接在轴向转动方向上，并带动机翼连接底座旋转，实现双层翼绕关节的弦向转动；机翼连接底座在关节舵机的带动下，推动锁紧片的边缘展开，锁紧片在锁紧弹簧的作用下紧紧贴合机翼连接底座，利用摩擦力保证机翼展开的稳定；双层翼展开状态下，通过锁紧片与锁紧弹簧的作用，机翼将保持水平，此时，展开舵机通过旋转小角度带动主动齿轮旋转相同的角度，经过从动齿轮的运动啮合，将展开舵机的小角度转动反向地传递至轴向转轴，轴向转轴会同角度反方向地旋转相同角度，从而带动机翼绕轴向转轴旋转同样角度。

所述的左右弦向关节包括：机翼连接底座、关节舵机、锁紧弹簧、锁紧片、关节底座、锁紧导向，关节舵机通过机翼连接底座连接轴向转动杆，另一方面通过机翼连接底座侧面的锁紧片与机翼连接底座摩擦连接，通过轴向转动杆带动机翼连接底座旋转，锁紧片在锁紧弹簧的作用下使锁紧片紧紧贴合机翼连接底座。

所述的关节舵机固定在关节底座上，关节底座一方面由左右锁紧片左右活动加持，另一方面由机翼连接底座绕轴向转动杆上端和前端90度加持；轴向转动杆穿过机翼连接底座两端带动机翼连接底座旋转，实现双层翼绕关节的弦向展开，机翼连接底座在展开舵机的带动下，推动锁紧片的边缘展开，锁紧片在锁紧弹簧的作用下利用摩擦力作用机翼连接底座，保证机翼展开的稳定。

所述的利用摩擦力保证机翼展开的稳定是通过锁紧弹簧拉动锁紧片向内收缩，并在机翼连接底座水平时扣合，此时凸出部分与关节舵机实现双层翼的自锁，保证机翼不因飞行时机翼上产生的升力和阻力而变形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，本发明所述固定翼无人机的折叠机构采用齿轮传动实现机翼的折叠与展开，保证效率的同时设置有自锁机构，能够满足固定翼无人机进行高速航行时折叠机翼的稳固性与可靠性；

第二，本发明采用齿轮机构控制展开机翼的迎角大小，使得机翼能够变换升力系数以适应不同的飞行条件，具有广泛适用性；

第三，本发明的折叠姿态为贴合固定翼无人机机身，能够最大限度地利用发射筒的圆形截面，具有结构紧凑性；

第四，本发明采用舵机控制机翼的展开与收拢，控制简单且可靠，可以实现一键展开与收拢，具有控制的自主性与简易性；

第五，本发明结构简单可靠，制造建议，大多数零件选择标准件，各零件间可替代性高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的爆炸示意图；

图3为本发明展开与收拢示意图；

图4为展开关节示意图；

图5为展开关节爆炸图。

图中：1、展开支架；2、轴向转轴；3、从动齿轮；4、主动齿轮；5、展开舵机；6、弦向关节；7、双层翼；8、副翼；601、机翼连接底座；602、关节舵机；603、锁紧弹簧；604、锁紧片；605、关节底座；606、锁紧导向。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明进行详细说明。以下说明有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2和图3所示，一种基于发射筒的固定翼无人机折叠机构，包括：展开支架1、轴向转轴2、从动齿轮3、主动齿轮4、展开舵机5、弦向关节6、双层翼7、副翼8、机翼连接底座601、关节舵机602、锁紧弹簧603、锁紧片604、关节底座605、锁紧导向606；左右弦向关节6通过关节底座605连接在左右双层翼7内侧，齿轮传动机构和展开舵机5通过展开支架1与轴向转轴2轴连接，齿轮传动机构包括：从动齿轮3、主动齿轮4，展开舵机5通过驱动主动齿轮4与从动齿轮3轴连接，主动齿轮4与从动齿轮3径向齿连接，轴向转动杆穿过从动齿轮3轴心与其轴连接；展开舵机6通过驱动齿轮机构控制左右弦向关节6机构，由左右弦向关节6机构控制左右双层翼7实现转动迎角，由于齿轮机构具有高精度与高可靠性，所以可以进行精确的变化控制左右双层翼7迎角，使机翼产生不同的升力系数，适应不同的飞行条件。

所述的弦向关节6包括：机翼连接底座601；关节舵机602；锁紧弹簧603；锁紧片604；关节底座605；锁紧导向606，关节舵机602通过关节底座605连接轴向转轴2，另一方面通过关节底座605侧面的锁紧片604与机翼连接底座601摩擦连接，通过轴向转轴2带动弦向关节6旋转，锁紧片604在锁紧弹簧603的作用下使锁紧片604紧紧贴合机翼连接底座601。

当固定翼无人机经过姿态转换变为垂直状态后，进行机翼的收拢动作，折叠机构的展开舵机5顺时针转动，带动轴向转轴2逆时针转动，实现双层翼7绕轴向转轴2的轴向收拢；

关节舵机602与机翼连接底座601进行轴向转动连接，并带动机翼连接底座601旋转，实现双层翼7绕关节的弦向转动；

机翼连接底座601在关节舵机602的带动下，推动锁紧片604的边缘展开，锁紧片604在锁紧弹簧603的作用下紧紧贴合机翼连接底座601，利用摩擦力保证机翼展开的稳定。

如图4和图5所示，关节舵机602固定在机翼连接底座601上，左右锁紧片604由锁紧导向606固连于关节底座605上，只保留其轴向位移，由机翼连接底座601绕关节舵机602上端和前端90度加持；展开舵机5带动机翼连接底座601旋转，实现双层翼7绕关节的弦向转动，机翼连接底座601在展开舵机5的带动下，推动锁紧片604的边缘展开，锁紧片604在锁紧弹簧603的作用下紧紧贴合机翼连接底座601，利用摩擦力保证机翼展开的稳定。

左右锁紧片604之间有锁紧弹簧603，锁紧片604配合关节舵机602进行自锁，利用展开时锁紧片604与机翼连接底座601之间的摩擦力进行自锁，能够将舵机承受的机翼轴向转矩的能力得到提升。

当固定翼无人机经过姿态转换变为垂直状态后，进行机翼的收拢动作，折叠机构的展开舵机5顺时针转动，带动轴向转轴2逆时针转动，实现双层翼7绕轴向转轴2的轴向收拢；关节舵机602通过机翼连接底座601连接在轴向转动杆上，并带动机翼连接底座601旋转，实现双层翼7绕关节的弦向转动，机翼连接底座601在舵机的带动下，推动锁紧片604的边缘展开，锁紧片604在锁紧弹簧603的作用下紧紧贴合机翼连接底座601，利用摩擦力保证机翼展开的稳定。

展开支架1作为折叠机构的基础机构，上述所有零件都是直接或间接地与其相连，展开支架1还具有连接折叠机构与机身的功能；轴向转轴2作为主要的转动零件，其运动通过从动齿轮3与主动齿轮4的啮合传递，运动来源为展开舵机5，机构进行迎角的调节时，同样利用展开舵机5带动啮合齿轮传递运动给轴向转轴2，调节机翼的迎角；关节作为机翼弦向展开的关键部件，与轴向转轴2进行固连，关节提供弦向的运动，并且其上的自锁机构具备运动可逆性，通过舵机的扭矩打开自锁机构的限制，使舵机承受转矩的能力得到提升，在收拢时通过舵机的转矩打开锁紧片604的限制，收拢机翼。所述折叠机构展开与收拢的原理：

所述的折叠机构控制机翼迎角的原理：

双层翼7展开状态下，通过锁紧片604与锁紧弹簧603的作用，机翼将保持水平，此时，展开舵机5通过旋转小角度带动主动齿轮4旋转相同的角度，经过从动齿轮3的运动啮合，将展开舵机5的小角度转动反向地传递至轴向转轴2，此时轴向转轴2会同角度但反方向地旋转相同角度，从而带动双层机翼7绕轴向转轴2旋转同样角度，从机身侧面视角观察，机翼便会改变其迎角，进而改变机翼的升力系数大小。机翼的升力系数大小与迎角大小在一定范围内呈正比关系，一般认为0～10度范围内，机翼的迎角越大，升力系数越大，升力系数的变化范围根据翼型的不同而不同，一般认为0.5～1.5范围。

需要理解的是，术语“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“弦向”、“反方向”、“固连”、“限位”、“锁紧”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示方位或位置关系，仅是为了描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，对本发明权利的限制。

本实例中没有详细叙述的属本行业的公知常用手段，这里不一一叙述。本发明不限于上述特定的实施方式，以上实例并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是在本发明权利要求范围内的修改或变形均属于本发明的保护范围之内。