本發(fā)明涉及一種飛行器機(jī)翼，具體涉及一種無人反潛水空兩棲飛行器用的兼具彎曲和扭轉(zhuǎn)機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

反潛飛機(jī)大致可以分為反潛直升機(jī)、艦載固定翼反潛飛機(jī)、水上反潛飛機(jī)和岸基固定翼反潛飛機(jī)，反潛直升機(jī)廣泛裝備海軍護(hù)衛(wèi)艦以上的各類戰(zhàn)斗艦艇，是應(yīng)用最廣、作用較大的一種反潛兵力，其優(yōu)點(diǎn)是起降方便，能夠懸停持續(xù)工作。目前，各國裝備的反潛直升機(jī)主要有：美國的“海鷹”、英國的“海王”、法國的“超黃蜂”、前蘇聯(lián)的“卡—27”等，但是，直升機(jī)飛行速度較慢，續(xù)航時(shí)間短，難以適應(yīng)如今復(fù)雜多變的戰(zhàn)況。而固定翼反潛機(jī)具有航程長覆蓋面積大，速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是對起飛降落的要求比較高，只能在一些大型航母上部署，并且無法在同一地點(diǎn)進(jìn)行懸停，因此對潛艇的追蹤能力有限。反潛水上飛機(jī)能停泊在水面上，懸放聲納，由于船身阻力大，航程短，只能在近海執(zhí)行反潛任務(wù)。岸基固定翼反潛機(jī)由于陸機(jī)基地和航程限制無法為艦艇編隊(duì)特別是走向深海的中國艦艇提供有效防護(hù)。由于我國目前航母發(fā)展的限制對于總重約20噸艦載固定翼反潛機(jī)無法滿足其起飛降落的要求。因此航空反潛的能力短板成為戰(zhàn)斗力形成的一個重大障礙，因此研發(fā)一種能夠彌補(bǔ)我國反潛能力短板的艦載航空反潛裝備顯得尤為必要。

無論是飛行動物還是人造飛行器，為了執(zhí)行不同任務(wù)(如巡航、盤旋、攻擊或逃生等)，或?yàn)榱藵M足飛行環(huán)境(如高度、速度和氣候等)的不同要求，往往需要相應(yīng)的調(diào)整形態(tài)，以達(dá)到高效能、安全以及任務(wù)要求等目的。傳統(tǒng)的飛機(jī)通過機(jī)械裝置采用改變機(jī)翼外形的辦法以適應(yīng)起降、巡航和高度飛行等不同的飛行狀態(tài)，力求獲得比較理想的性能，目前艦載固定翼反潛飛機(jī)和水上反潛飛機(jī)的機(jī)翼有的采用垂尾非連續(xù)變形結(jié)構(gòu)，其隱身性能差，空氣動力學(xué)性能差，影響飛行速度，也不利于降低雷達(dá)反射信號，有的采用無垂尾結(jié)構(gòu)，其操控性和機(jī)動性能差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為解決現(xiàn)有反潛飛機(jī)的機(jī)翼使用有垂尾非連續(xù)變形結(jié)構(gòu)，其隱身性能差，空氣動力學(xué)性能差，影響飛行速度，也不利于降低雷達(dá)反射信號，而無垂尾結(jié)構(gòu)，操控性和機(jī)動性能差的問題，進(jìn)而提供一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)包括變剛度翼梁、兩個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件和兩個機(jī)翼翼肋；

每個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件包括兩個氣動肌肉驅(qū)動器，每個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件的兩個氣動肌肉驅(qū)動器交叉布置；兩個所述機(jī)翼翼肋為預(yù)制機(jī)翼形狀結(jié)構(gòu)體，兩個所述機(jī)翼翼肋之間布置有變剛度翼梁和兩個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件；兩個所述彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件布置在所述變剛度翼梁的兩側(cè)；每個所述氣動肌肉驅(qū)動器的兩端分別與兩個所述機(jī)翼翼肋連接；

所述變剛度翼梁包括柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器和翼梁主體；所述翼梁主體為管狀彈性梁，所述管狀彈性梁內(nèi)插裝有柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器；所述管狀彈性梁的兩端分別與兩個所述機(jī)翼翼肋連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明水空兩棲飛行器的機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)為飛翼式無垂尾布局。飛翼式無尾布局可以大幅度降低雷達(dá)反射信號具有良好的隱身性能，但是同時(shí)也帶來了操控性與機(jī)動性的問題。因此，本發(fā)明的機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用了智能主動變形機(jī)翼來改善飛行器的操控性和機(jī)動性。該技術(shù)包括機(jī)翼翼展方向的主動彎曲變形、主動扭轉(zhuǎn)變形以及主動連續(xù)變后緣。機(jī)翼的連續(xù)變形由氣動肌肉驅(qū)動器驅(qū)動，氣動肌肉驅(qū)動器具有質(zhì)量輕，輸出力大，成本低等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)收縮率為正時(shí)氣動肌肉充氣收縮，伸長率為正時(shí)氣動肌肉充氣伸長。它們工作原理相同，其本質(zhì)都是氣動可膨脹彈性體在外部約束結(jié)構(gòu)下受控變形。對彈性體內(nèi)腔通入壓力氣體時(shí)肌肉將產(chǎn)生定向膨脹或收縮，驅(qū)動力的大小取決于肌肉的氣體壓力、幾何結(jié)構(gòu)和材料特性。同時(shí)由于機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)為連續(xù)變形，從而改善空氣動力學(xué)性能和隱身性能，提高了飛行速度。因此與傳統(tǒng)的非連續(xù)變形如襟翼變形相比可以大大減低飛行阻力和雷達(dá)發(fā)射信號，操控性和機(jī)動性能明顯提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的機(jī)翼翼肋扭轉(zhuǎn)變形的一種狀態(tài)圖；

圖3為本發(fā)明一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的機(jī)翼翼肋扭轉(zhuǎn)變形的另一種狀態(tài)圖；

圖4為本發(fā)明一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的變剛度翼梁向下彎曲變形的狀態(tài)圖；

圖5為本發(fā)明一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的變剛度翼梁向上彎曲變形的狀態(tài)圖；

圖6為圖4的側(cè)視圖；

圖7為圖5的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地說明。

參見圖1說明，一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形機(jī)構(gòu)包括變剛度翼梁1、兩個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件和兩個機(jī)翼翼肋3；

每個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件包括兩個氣動肌肉驅(qū)動器2，每個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件的兩個氣動肌肉驅(qū)動器2交叉布置；兩個所述機(jī)翼翼肋3為預(yù)制機(jī)翼形狀結(jié)構(gòu)體，兩個所述機(jī)翼翼肋3之間布置有變剛度翼梁1和兩個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件；兩個所述彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件布置在所述變剛度翼梁1的兩側(cè)；每個所述氣動肌肉驅(qū)動器2的兩端分別與兩個所述機(jī)翼翼肋3連接；

所述變剛度翼梁1包括柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器1-1和翼梁主體1-2；所述翼梁主體1-2為管狀彈性梁，所述管狀彈性梁內(nèi)插裝有柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器1-1；所述管狀彈性梁的兩端分別與兩個所述機(jī)翼翼肋3連接。

氣動肌肉驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)具有很好的可設(shè)計(jì)性，可以通過設(shè)計(jì)其編織網(wǎng)套的編織角可以得到充氣伸長或者收縮的氣動人工肌肉。當(dāng)收縮率為正時(shí)氣動肌肉充氣收縮,伸長率為正時(shí)氣動肌肉充氣伸長。收縮式氣動肌肉，由于自身結(jié)構(gòu)的特性當(dāng)發(fā)生彎曲變形體積變化率較大從而使其充氣后彎曲剛度劇烈增大。

參見圖1-圖5說明，所述管狀彈性梁的中段為折疊梁結(jié)構(gòu)，所述折疊梁結(jié)構(gòu)主要由管狀彈性梁上徑向開設(shè)的交錯布置的多個圓弧形缺口1-2-1以及缺口之間的多個管段構(gòu)成。如此設(shè)置，折疊梁結(jié)構(gòu)的圓弧形缺口的深度、寬度與角度以及管段的寬度由給定要求計(jì)算得出，可以避免由于翼梁主體兩端固定帶來剛度不可變化的問題，使翼梁主體在柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器和氣動肌肉驅(qū)動器的共同作用下自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的主動變形。

參見圖1-圖5說明，每個所述機(jī)翼翼肋3的后緣為仿生魚鰭結(jié)構(gòu)。如此設(shè)置，魚鰭結(jié)構(gòu)不僅有助飛行器快速飛行，還可以起到一定的緩和以及調(diào)節(jié)飛行穩(wěn)定性的作用。

參見圖1-圖5說明，為了進(jìn)一步改善機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的空氣動力學(xué)性能，適應(yīng)飛行任務(wù)，提高飛行速度，降低飛行阻力，一種水空兩棲飛行器機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)還包括兩個一號后緣氣動肌肉驅(qū)動器4-1和兩個二號氣動肌肉驅(qū)動器4-2；每個所述機(jī)翼翼肋3的后緣上安裝有一個所述一號后緣氣動肌肉驅(qū)動器4-1和一個所述二號氣動肌肉驅(qū)動器4-2；所述二號后緣氣動肌肉驅(qū)動器4-2布置在所述一號后緣氣動肌肉驅(qū)動器4-1的下方且二者呈V形布置。如此設(shè)置，V形開口斜向上設(shè)置，布置在上方的一號后緣氣動肌肉驅(qū)動器4-1收縮時(shí)機(jī)翼翼肋3的后緣向上彎曲，布置在下方的二號后緣氣動肌肉驅(qū)動器4-2收縮時(shí)機(jī)翼翼肋3的后緣向下彎曲，以實(shí)現(xiàn)機(jī)翼翼梁的后緣的連續(xù)彎曲變形，進(jìn)一步改善氣動性能。

參見圖1說明，圓弧形缺口1-2-1的軸向截面為矩形，圓弧形缺口1-2-1的數(shù)量為8個。如此設(shè)置，折疊梁結(jié)構(gòu)的弧形凹槽的深度和寬度由給定要求計(jì)算得出，可以避免由于翼梁主體兩端固定帶來剛度不可變化的問題，使翼梁主體在柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器和氣動肌肉驅(qū)動器的共同作用下自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高機(jī)翼變形結(jié)構(gòu)的主動變形。

工作過程：參見圖2-圖5說明，兩個彎曲扭轉(zhuǎn)變形組件的四個氣動肌肉驅(qū)動器2分別定義為：一號氣動肌肉驅(qū)動器21、二號氣動肌肉驅(qū)動器22、三號氣動肌肉驅(qū)動器23和四號氣動肌肉驅(qū)動器24；

主動扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，一號氣動肌肉驅(qū)動器21和四號氣動肌肉驅(qū)動器24收縮，如圖2中，右側(cè)的機(jī)翼翼肋3順時(shí)針轉(zhuǎn)動，或者二號氣動肌肉驅(qū)動器22和四號氣動肌肉驅(qū)動器23收縮，如圖3中右側(cè)的機(jī)翼翼肋3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。

主動彎曲變形時(shí)，一號氣動肌肉驅(qū)動器21和二號氣動肌肉驅(qū)動器22收縮，如圖4和圖6中的變剛度翼梁1的管狀彈性梁向下彎曲變形，變剛度翼梁1向下彎曲?；蛘呷枤鈩蛹∪怛?qū)動器23和四號氣動肌肉驅(qū)動器24收縮，如圖5和圖7中的變剛度翼梁1的管狀彈性梁向上彎曲變形，變剛度翼梁1向上彎曲。

在機(jī)翼主動扭轉(zhuǎn)和彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎曲變形過程中，當(dāng)柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器內(nèi)部壓強(qiáng)增大時(shí)，柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器徑向膨脹并且剛度提高從而使變剛度翼梁結(jié)構(gòu)剛度增加；當(dāng)柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器內(nèi)部壓強(qiáng)減小時(shí)，變剛度翼梁結(jié)構(gòu)剛度下降。當(dāng)機(jī)翼結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行彎曲變形時(shí)，適當(dāng)降低變剛度翼梁的結(jié)構(gòu)剛度由管狀彈性梁驅(qū)動變形，變形完成后，柔性承載氣動肌肉驅(qū)動器內(nèi)部壓強(qiáng)增加徑向膨脹鎖定變形，剛度提高恢復(fù)翼梁整體結(jié)構(gòu)剛度以承受機(jī)體載荷，如此以達(dá)到滿足飛行器飛行任務(wù)的需要。

本發(fā)明已以較佳實(shí)施案例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可以利用上述揭示的結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施案例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施案例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案范圍。