一种变弯度机翼前缘驱动机构及飞机的制作方法

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1.本发明涉及一种变弯度机翼前缘驱动机构及飞机，以齿轮及涡轮蜗杆作为主要组成，属于飞行器结构技术领域。

背景技术：

2.机翼前缘的连续变弯是改善飞机气动性能减小噪声的重要技术途径，与传统的机翼前缘不同，前缘蒙皮采用变厚度复合材料，在变形机构的驱动下，实现预定的前缘变形，蒙皮与机翼前缘舱蒙皮之间的连接没有缝隙，可以实现前缘的柔顺变形。驱动前缘蒙皮的是一个连杆机构，如何驱动此连杆是本发明要解决的问题。尽可能了解到的相关方案为侧向拉杆方案，采用侧向拉杆带来支撑铰链产生比较大的侧向力，并不便于进行三维的机翼前缘变形，侧向电机的布置也会占有比较大的空间。
3.现有技术cn111470030a所公开的一种基于齿轮五杆机构驱动的机翼前缘变弯度机构，其采用串联形式的蒙皮驱动机构，其五个连杆相互串联并与蒙皮连接，实现蒙皮驱动。但是其串联闭连结构，一旦某个连杆失效，则引起整个机构失效，可靠性较低，难以满足航空高可靠性的应用要求，且串联方式驱动力的传递效率较低，对蒙皮变弯控制精度低，难以满足飞机机翼前缘蒙皮变形的精确驱动要求。
4.为了解决这些问题，提出采用优化布置的齿轮与蜗轮蜗杆机构来实现对前缘变形连杆机构的驱动，此方案的优点是驱动过程不产生侧向力，驱动电机可以布置在前缘舱内，采用可靠性高的多点分布式驱动，可以方便实现三维前缘变形。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有连续变弯度机翼前缘蒙皮采用拉杆式方案，支撑铰链侧向力较大、驱动电机侧向占据空间过大、不便于实现三维前缘变形的问题，提出一种基于齿轮蜗轮蜗杆的驱动机构方案，解决了前述问题，在变弯度机翼前缘驱动结构设计领域具有重要应用价值。
6.本发明的思想是以驱动前缘蒙皮变形的摇臂围绕固定点转动为出发点，设计一组齿轮和蜗轮蜗杆机构，将电机的旋转运动转化为使摇臂旋转的运动采用，由于齿轮与涡轮蜗杆的合理布局，使电机安装在前缘舱内，消除了对于摇臂驱动的侧向力，不同的摇臂可以分别驱动，从而便于实现三维变形。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种变弯度机翼前缘驱动机构，其包括：驱动电机101、减速器102、支撑座103、支撑轴承104、蜗杆105、蜗轮106、驱动轴107、驱动轴支座108、驱动轴轴承109、小齿轮110、大扇形齿轮111和摇臂112，驱动电机101经过减速器102，带动蜗杆105旋转，蜗杆105驱动蜗轮旋转106，蜗轮106通过驱动轴107带动小齿轮110，小齿轮110驱动安装在摇臂112上的扇形齿轮111，最终实现变弯度机翼前缘的旋转，其中，摇臂112为整体结构，其两侧并联设置有若干与蒙皮114铰接的连杆113，采用与摇臂回转平面统一的驱动轴平面进行驱动，并带动
蒙皮变形，实现机翼前缘变弯度驱动，相对于现有技术具有较高的驱动精度和可靠性。
9.所述摇臂112和大扇形齿轮110固定在一起，扇形齿轮扇面角度于摇臂驱动角度一致，扇面中心与摇臂旋转中心一致，以保证驱动精确性及可靠性。
10.所述摇臂112为直臂结构，根部与前缘舱梁铰接，前端部临近机翼前缘，整体位于机翼前缘内腔中部，并设置有若干减重孔。
11.所述摇臂上并联设置的连杆为第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆，其中，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆从摇臂根部开始逆时针分布，上述各连杆设置在摇臂上，在摇臂整体驱动下，可实现对不同位置蒙皮的精确驱动。
12.所述第一连杆位于摇臂根部上端1/5～1//4，第二连杆位于上端1/2～3/4处，第三连杆位于摇臂前段下方，第四个连杆位于摇臂1/3～1/2处，上述连杆位置的精确设计，可以有效保证蒙皮变形的精度和承载力，保证飞机具有良好自适应的气动外形。
13.所述第三连杆尺寸小于第二连杆尺寸，第二连杆尺寸小于第一连杆尺寸、第一连杆尺寸小于第四连杆尺寸，以实现对蒙皮的精确驱动。
14.所述第二连杆与摇臂的连接座为具有斜向前30
°
～45
°
的倾角，可以避免有效连杆驱动过程中出现卡死现象，并且保证该迎风面位置具有较好的承载能力。
15.所述采用齿轮对与蜗轮蜗杆组合布置，充分利用空间，驱动轴107一侧连接齿轮对110，小齿轮对110与大扇形齿轮111啮合连接，且驱动轴107，与大扇形齿轮111上部转动轴平行，从而极大的优化内部空间结构布局，满足机载结构设计要求。所述驱动轴107另一侧连接蜗轮106，小齿轮110的旋转角度与蜗轮106的旋转角度一致。
16.采用扇形蜗轮，其齿轮蜗轮蜗杆可独立驱动，便于实现三维蒙皮变形。
17.所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其由多组驱动电机101、减速器102、蜗杆105、蜗轮106将驱动力矩输入到驱动轴107上，具有较高的传动比，满足三维蒙皮变形的驱动力要求。
18.另外，本发明还包括一种采用该变弯度机翼前缘驱动机构的飞机。
19.其工作原理是：驱动电机经过减速器，带动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮，蜗轮通过驱动轴带动小齿轮，小齿轮驱动安装在摇臂上的扇形齿轮，扇形齿轮的几何圆心必须与摇臂旋转轴心重合，可实现电机对摇臂的驱动。
20.作为优选，齿轮对的齿数、模数和宽度，蜗轮蜗杆的模数和齿数，位置，都需要进行优化设计，以实现结构的紧凑合理和承载力矩的传递。
21.有益效果
22.对比现有技术，本发明具有以下特点：
23.1、小齿轮与固定在摇臂上的扇形齿轮相啮合，驱动扇形齿轮和摇臂旋转，由摇臂驱动复合材料蒙皮变形，这样的优点是在摇臂旋转轴和齿轮啮合点不产生侧向力，简化了结构受力，便于结构设计；
24.2、扇形齿轮采用独立设计，镶嵌在摇臂上，与摇臂融为一体，充分利用了结构条件，结构简洁，可靠性高，便于更换，易于维修，成本较低；
25.3、采用齿轮对与涡轮蜗杆的组合以及位置的优化设计，可以充分利用空间，有利用满足飞机对空间利用的严格要求，并实现对前缘机翼三维变形的精确控制；
26.4、采用蜗轮蜗杆可以实现驱动机构的自锁，可使前缘变形停留在期望的角度；
27.5、前缘蒙皮的支撑往往需要多个变形机构，为了实现三维变形，希望每个变形机构的运动可设计、可调整，齿轮蜗轮蜗杆机构可以相互独立，靠对每个驱动机构的协同控制来实现三维蒙皮变形。
28.6、本发明机构传动部件采用涡轮蜗杆以及齿轮两级传动设计，传动比高，传动比可达到1：300，从而可以减少对电机功率和尺寸的要求，极大适应机载狭小空间以及飞机减重的要求，具有较大工程应用价值。
29.综上所述，本发明可使变弯度机翼前缘的驱动不采用侧向拉杆方式，消除侧向力，充分利用前缘舱空间和变形机构条件，用摇臂作为主体，采用并联式驱动方式，并分别控制齿轮蜗轮蜗杆机构，便于实现蒙皮的三维变形。
附图说明
30.图1是本发明结构示意图；
31.图2是本发明实现的模型图；
32.图3是驱动机构模型结构图；
33.图4多段机构驱动变弯度前缘结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例：
36.如图1所示，本实施方式中，本发明一种变弯度机翼前缘驱动机构包括：驱动电机101、减速器102、支撑座103、支撑轴承104、蜗杆105、蜗轮106、驱动轴107、驱动轴支座108、驱动轴轴承109、小齿轮110、大扇形齿轮111和摇臂112。
37.其中，驱动电机101、减速器102与蜗杆安装在前缘舱支座上，由支撑轴承104支撑蜗杆105与减速器的轴，两者通过联轴器107连接，蜗杆105与蜗轮106垂直配合安装，蜗轮106由蜗轮轴支撑，蜗轮轴上安装驱动小齿轮110，为了节省空间以及变形可需要的范围，蜗轮106设计为扇形，小齿轮110与镶嵌在摇臂112上的大扇形齿轮111啮合。
38.图2和图3为驱动机构的结构图，驱动轴107与蜗轮106、小齿轮110通过键连接在一起，小齿轮110和大扇形齿轮111通过齿接触传动，大扇形齿轮111和摇臂112通过插销连接在一起。摇臂112绕旋转轴运动，从而带动变弯度蒙皮向下偏移。本实施例中，所述涡轮蜗杆传动比范围时1:50，小齿轮与扇形齿轮之间的传动比是1:6，通过二级传动设计，可以达到1:300的传动比。
39.所述摇臂上并联设置四个连杆113，分别为第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆，其中，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆从摇臂根部开始逆时针分布，上述各连杆设置在摇臂上，并位于同一个弦向结构剖面上，从而可以有效避免侧向力，并能利用舱梁承力结构，具有较高的结构可靠性，在摇臂整体驱动下，可实现对不同位置蒙皮114的精确驱动。
40.本实施例中，所述第一连杆位于摇臂根部上端1//4，第二连杆位于上端1/2处，第三连杆位于摇臂前段下方，第四个连杆位于摇臂1/3处，上述连杆位置的精确设计，可以有效保证蒙皮变形的精度和承载力，保证飞机具有良好自适应的气动外形。
41.所述连杆与摇臂以及蒙皮连接座之间为销钉连接，便于更换维修，而且连杆为伸缩设计，其长度可调，以适应蒙皮不同的变形要求。
42.如图4所示，所述一种变弯度机翼前缘驱动机构原理为：采取分布式设计，三段协同驱动，每段采用电机
→
减速器
→
蜗杆
→
蜗轮
→
小齿轮
→
大齿轮
→
摇臂的驱动方式，三根驱动轴通过两根刚性短轴进行机械同步，以配合以角度控制为主的同步，从而可以实现对蒙皮不同区域进行差异化变弯控制，提高蒙皮机翼变形控制精度。
43.本发明变弯度机翼前缘驱动机构实际工作时，驱动电机经过减速器，带动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮，蜗轮通过驱动轴带动小齿轮，小齿轮驱动安装在摇臂上的扇形齿轮，扇形齿轮的几何圆心必须与摇臂旋转轴心重合，可实现电机对摇臂的精确驱动。
44.本发明可使变弯度机翼前缘的驱动充分利用前缘舱空间和变形机构条件，分别控制齿轮蜗轮蜗杆机构，无需采用侧向拉杆方式，从而有效避免侧向力，便于实现蒙皮的三维变形，并可有效减少前缘舱梁的结构重量，简化了驱动结构设计和元器件选型。同时，用于驱动的小齿轮开放式设置在驱动轴上，易于安装，拆卸，结构设计简洁，可靠性高。
45.以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于：包括：驱动电机(101)、减速器(102)、支撑座(103)、支撑轴承(104)、蜗杆(105)、蜗轮(106)、驱动轴(107)、驱动轴支座(108)、驱动轴轴承(109)、小齿轮(110)、大扇形齿轮(111)和摇臂(112)，驱动电机(101)经过减速器(102)，带动蜗杆(105)旋转，蜗杆(105)驱动蜗轮旋转(106)，蜗轮(106)通过驱动轴(107)带动小齿轮(110)，小齿轮(110)驱动安装在摇臂(112)上的扇形齿轮(111)，最终实现变弯度机翼前缘的旋转，其中，摇臂(112)为整体结构，其两侧并联设置有若干与蒙皮(114)铰接的连杆(113)，采用与摇臂回转平面统一的驱动轴平面进行驱动，并带动蒙皮变形，实现机翼前缘变弯度驱动。2.根据权利要求1所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，所述摇臂(112)和大扇形齿轮(110)固定在一起，扇形齿轮扇面角度与摇臂驱动角度一致，扇面中心与摇臂旋转中心一致。3.根据权利要求1所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，所述摇臂(112)为直臂结构，根部与前缘舱梁铰接，前端部临近机翼前缘，整体位于机翼前缘内腔中部，并设置有若干减重孔。4.根据权利要求1所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，所述摇臂上并联设置的连杆为第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆，其中，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆从摇臂根部开始逆时针分布。5.根据权利要求4所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，所述第一连杆位于摇臂根部上端1/5～1//4，第二连杆位于上端1/2～3/4处，第三连杆位于摇臂前段下方，第四个连杆位于摇臂1/3～1/2处。6.根据权利要求5所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，所述第三连杆尺寸小于第二连杆尺寸，第二连杆尺寸小于第一连杆尺寸、第一连杆尺寸小于第四连杆尺寸。7.根据权利要求6所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，第二连杆与摇臂的连接座为具有斜向前30
°
～45
°
的倾角。8.根据权利要求1所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征在于，所述采用齿轮对与蜗轮蜗杆组合布置，充分利用空间，驱动轴(107)一侧连接齿轮对(110)，小齿轮对(110)与大扇形齿轮(111)啮合连接，且驱动轴(107)，与大扇形齿轮(111)上部转动轴平行，驱动轴(107)另一侧连接蜗轮(106)，小齿轮(110)的旋转角度与蜗轮(106)的旋转角度一致。9.根据权利要求1所述的一种变弯度机翼前缘驱动机构，其特征是，由多组驱动电机(101)、减速器(102)、蜗杆(105)、蜗轮(106)将驱动力矩输入到驱动轴(107)上，其中齿轮和涡轮可独立驱动，满足三维蒙皮变形的驱动力要求。10.一种飞机，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的变弯度机翼前缘驱动机构。

技术总结

本发明涉及一种变弯度机翼前缘驱动机构，以齿轮及涡轮蜗杆作为主要组成，属于飞行器结构技术领域。本发明变弯度机翼前缘驱动机构包括驱动电机(101)、减速器(102)、支撑座(103)、支撑轴承(104)、蜗杆(105)、蜗轮(106)、驱动轴(107)、驱动轴支座(108)、驱动轴轴承(109)、小齿轮(110)、大扇形齿轮(111)和摇臂(112)。所述驱动电机(101)经过减速器(102)，带动蜗杆(105)旋转，蜗杆(105)驱动蜗轮旋转(106)，蜗轮(106)通过驱动轴(107)带动小齿轮(110)，小齿轮(110)驱动安装在摇臂(112)上的扇形齿轮(111)，最终实现变弯度机翼前缘的旋转。本发明具有结构紧凑、不附带侧向驱动力、能够自锁、可靠性高的优点。靠性高的优点。靠性高的优点。