一种使用扭簧的机翼展开机构

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种使用扭簧的机翼展开机构。

背景技术

无人飞行器技术在世界范围内已得到广泛使用，目前固定翼无人飞行器的起飞方式主要有滑跑起飞，弹射起飞，火箭助推起飞及管式发射起飞等几种不同方式，除管式发射起飞外，其余几种方式在起飞过程中飞行器结构基本不做调整，不存在变体过程，在起飞过程中，机翼即产生升力，整体起飞过程相对平稳可控；管式发射起飞的固定翼飞行器，其筒式发射将机翼折叠后紧贴在机身上，将飞行器整体沿机身长度方向折叠为长条形，并装入相适配的发射筒中，通过弹射技术或火箭助推方式将飞行器从发射筒中发射出来，飞行器机翼展开，动力加注起飞。无人飞行器筒式发射技术减少了无人飞行器贮存空间，同时降低了无人飞行器的使用维护成本，另一方面通过集束到发射筒中，减小了气动阻力，使无人飞行器具备空中投送或抛射的能力。

但是，管式发射的飞行器对机翼展开过程提出了更高的要求，如在无人机出管后，机翼需迅速建立升力以保持稳定的飞行姿态，要求的机翼展开时间很短，如果机翼不能可靠顺利展开则会导致飞行器坠毁，无法完成其功能使命，作为机翼展开装置就要求提供很大的扭力矩，目前机翼展开的扭力矩主要由以下几种方式提供，第一种方式是使用燃气作动筒作为动力源，驱动连杆机构带动机翼展开，该方式主要问题在于燃气作动筒使用火工品作为动力源，并适应不同环境条件下的使用要求，装药量及压力均远高于实际需求值，导致结构件受力条件恶劣，冲击载荷大，容易损坏卡滞，整体机构复用难度大；第二种方式为使用电机驱动的机翼展开机构，该机构优点是动作过程可控，冲击力小，但是未在短时间内提供足够的展开能量，电机功率和结构重量均难以控制，成本也相对较高；第三种方式即为采用弹簧或扭簧作为蓄能件驱动的机翼展开机构，该方式目前广泛用于各型小型无人飞行器的机翼展开，如弹簧刀无人机等。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种使用扭簧的机翼展开机构，包括安装支座、限位套、轴套、转轴、扭簧、轴套用轴承、转轴用轴承；机翼展开机构安装在飞行器机身下部，飞行器的两组机翼上下层叠，通过机翼展开机构与飞行器机身相连；在贮存运输状态时，两组机翼通过机翼展开机构折叠至飞行器机身下部并与机身轴线平行，机翼展开时，在机翼展开机构的作用下，两组机翼反向转动，展开到位后，由机翼展开机构锁定。本发明整体结构紧凑，使用一个扭簧实现了对两个机翼的同步展开，整体重量轻，占用机内空间小，限位位置准确可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种使用扭簧的机翼展开机构，包括安装支座、限位套、轴套、转轴、扭簧、轴套用轴承、转轴用轴承；

所述机翼展开机构安装在飞行器机身下部，飞行器的两组机翼上下层叠，通过机翼展开机构与飞行器机身相连；在贮存运输状态时，两组机翼通过机翼展开机构折叠至飞行器机身下部并与机身轴线平行，机翼展开时，在机翼展开机构的作用下，两组机翼反向转动，展开到位后，由机翼展开机构锁定；距离机身近的为内部机翼，距离机身远的为外部机翼；

所述安装支座安装在飞行器机身上，用于将机翼展开机构固定到机身上，承受展开和飞行过程的载荷；所述安装支座中部开有轴承安装孔，将轴套用轴承安装进轴承安装孔中后，使用限位套将轴套用轴承固定在安装支座上；

所述限位套为一中部有孔的法兰型台阶轴，法兰面上设置若干螺钉孔，用于将限位套安装在安装支座上；法兰面上对称布置两组限位套凸台；限位套安装到位后，将轴套安装入限位套中，所述轴套整体为中部带孔的台阶轴形式，轴套细端端面内部设置轴承台阶孔，用于安装转轴用轴承；将两组机翼安装至轴套上并紧固止转，并通过机翼将转轴用轴承压紧并实现对轴套的轴向定位紧固，轴套粗端沿径向设置轴套凸台，与限位套凸台相配合实现对轴套的转角限制；轴套凸台内部开孔，用于插入扭簧轴向摆臂，实现将扭簧扭矩传递至内部机翼的过程；

所述转轴为一端带短台阶的轴结构，转轴从飞行器机身内部向外穿入轴套，在短台阶处设置轴承安装孔，用于安装转轴用轴承；将机翼压入转轴用轴承内圈，将转轴用轴承压紧并实现对转轴的轴向定位紧固；转轴上端中部沿径向设置转轴凸台，与限位套凸台相配合实现对转轴的转角限制；转轴上端面开槽，用于插入扭簧径向摆臂，实现将扭簧扭矩传递至外部机翼的过程；

所述扭簧为圆柱扭簧，径向摆臂沿径向伸出，插入轴套对应孔中，轴向摆臂弯折至径向，向内插入转轴对应的槽中，驱动轴套与转轴的同步反向转动；

在发射筒内折叠过程，将内部机翼和外部机翼沿翼根的转轴转动向机身轴向折叠，轴套与转轴随机翼同步转动，压缩扭簧，直至轴套凸台与转轴凸台顶到限位套凸台上，机翼收放至与机身平行方向，将飞行器整体放入发射筒使用发射筒内壁对机翼实施限位，即实现机翼的折叠收放；当飞行器从发射筒中发射出筒后，机翼处于自由状态，在扭簧作用下，扭簧力释放，带动轴套与转轴随机翼同步转动，直至轴套凸台与转轴凸台顶到限位套凸台上，实现对机翼展开角度的限位；至此实现了飞行器的折叠展开。

优选地，所述机翼展开机构通过安装支座使用螺钉与飞行器机身连接到一起。

本发明的有益效果是：

1、本发明整体结构紧凑，使用一个扭簧实现了对两个机翼的同步展开，整体重量轻，占用机内空间小；

2、本发明通过设置一个简易的限位套，同时实现了折叠状态和展开状态的机械限位，限位位置准确可靠；

3、本发明通过扭簧作为展开能量来源，基本不受环境影响，使用过程的一致性好，在产品选型调试完成后使用状态可靠；

4、本发明通过轴承将机翼转轴安装固定，转动机械阻力小，安装在展开机构上的机翼在飞行过程中晃动量小；

附图说明

图1为本发明机翼展开机构安装在机身上的折叠状态示意图。

图2为本发明机翼展开机构安装在机身上的展开状态示意图。

图3为本发明机翼展开机构示意图，(a)剖视图，(b)斜视图，(c)俯视图。

图4为本发明外部机翼示意图。

图5为本发明内部机翼示意图。

图6为本发明安装支座示意图示意图。

图7为本发明限位套示意图。

图8为本发明轴套示意图。

图9为本发明转轴示意图。

图10为本发明扭簧示意图。

图中，1-机身，2-外部机翼，3-内部机翼，4-机翼展开机构，5-第一螺钉，6-安装支座，7-第二螺钉，8-限位套、9-轴套用轴承，10-轴套，11-垫环，12-第一圆柱销，13-转轴，14-转轴用轴承，15-第二圆柱销，16-扭簧，17-外部机翼凸台，18-外部机翼安装孔，19-外部机翼销孔，20-内部机翼凸台，21-内部机翼安装孔，22-外部机翼销孔，23-安装支座凸台，24-沉台孔，25-限位套凸台，26-止口，27-轴套下台阶轴，28-轴套上台阶轴，29-台阶孔，30-轴套销孔，31-轴套凸台，32-孔，33-转轴下台阶轴，34-转轴上台阶轴，35-转轴销孔，36-转轴凸台，37-槽，38-径向摆臂，39-轴向摆臂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的主要目的是发明一种使用扭簧作为储能部件的机翼展开机构,将驱动折叠在机身轴线方向的两个机翼同时展开至与机身轴线垂直的方向，实现无人飞行器的管式贮存及机翼展开后的正常飞行。

为解决上述技术问题，本发明的机翼展开机构技术方案是：

机翼展开机构由包括安装支座、限位套、轴套、转轴、扭簧、轴套用轴承、转轴用轴承等部件组成。

本发明所述机翼展开机构安装在飞行器机身上，两组机翼上下层叠，通过转轴部位安装支座安装在飞行器机身上，所述安装支座用于将机翼展开机构固定到机身上，承受展开和飞行过程的载荷，安装支座中部开带挡圈的轴承安装孔，将轴套用轴承安装入轴承安装孔中后，使用限位套将轴套用轴承固定在安装支座上；

所述限位套为一中部有孔的法兰型台阶轴，法兰面上设置若干螺钉孔，用于将限位套安装在安装支座上，法兰面上对称布置两组凸台，凸台与轴套和转轴上对应的凸台配合用于展开及折叠后的机械限位；限位套安装到位后，将轴套安装入限位套中，所述轴套整体为中部带孔的台阶轴形式，台阶轴细端端面内部设置轴承台阶孔，用于安装转轴用轴承，将机翼安装至轴套上并紧固止转，并通过机翼将轴承压紧并实现对轴套的轴向定位紧固，轴套粗端沿径向设置凸台，与限位套上的凸台相配合实现对轴套(即内部机翼)的转角限制，凸台内部开孔，用于插入扭簧摆臂，实现将扭簧扭矩传递至内部机翼的过程；

所述转轴为一端带短台阶的轴结构，转轴从机身内部向外穿入轴套，在台阶处和轴套细端轴承安装孔处，安装转轴用轴承，将机翼压入顶在转轴用轴承内圈，细轴轴承安装位置上部，沿侧面开孔，将机翼安装至转轴上并紧固止转，并通过机翼将转轴用轴承压紧并实现对转轴的轴向定位紧固，转轴粗端中部沿径向设置凸台，与限位套上的凸台相配合实现对转轴(即外部机翼)的转角限制；转轴粗端端面开槽，用于插入扭簧摆臂，实现将扭簧扭矩传递至外部机翼的过程；

所述扭簧为圆柱扭簧，一个摆臂沿径向伸出，插入轴套对应孔中，另一个摆臂弯折至径向，向内插入转轴对应的槽中，驱动轴套与转轴的同步反向转动；

在发射筒内折叠过程，将内部机翼和外部机翼沿翼根的转轴转动向机身轴向折叠，轴套与转轴随机翼同步转动，压缩扭簧，直至轴套与转轴上的凸台顶到限位套对应的凸台上，机翼收放至与机身平行方向，将飞行器整体放入发射筒使用发射筒内壁对机翼实施限位，即可实现机翼的折叠收放；当飞行器从发射筒中发射出筒后，机翼处于自由状态，在扭簧作用下，扭簧力释放，带动轴套与转轴随机翼同步转动，直至轴套与转轴上的凸台顶到限位套对应的凸台上，实现对机翼展开角度的限位；至此实现了无人飞行器的折叠展开。

实施例：

本发明所述机翼展开机构4安装在飞行器机身1下部，两组机翼分别为外部机翼2，内部机翼3布置在机身1下部，并上下层叠，通过机翼展开机构4与机身1连接，如图1所示，在贮存运输状态时，外部机翼2与内部机翼3通过机翼展开机构4折叠至机身1下部并与机身轴线平行，机翼展开时，在机翼展开机构4的作用下，外部机翼2与内部机翼3反向转动，展开到位后，由机翼展开机构锁定；

如图3所示，机翼展开机构4主要由安装支座6，限位套8、轴套10，垫环11，转轴13，扭簧16及标准件组成，外部机翼2与内部机翼3作为定位部件也是机翼展开机构4的组成部件；机翼展开机构4通过安装支座6使用第一螺钉5与机身1连接到一起，如图6所示，所述安装支座中部设置安装支座凸台23，内部设置凸台孔24，将轴套10安装到凸台孔24中后，使用限位套8通过第二螺钉7将轴套10外圈紧固，如图7所示，所述限位套8为一中部有孔的法兰盘，法兰盘一面设置2组对称限位套凸台25，用于展开与折叠的机械限位，法兰盘另一面设置止口26用于压紧轴套用轴承9；轴套用轴承9安装到位后，将轴套10从小端向下插入轴套用轴承9内孔中，直至顶到轴套用轴承9上，如图8所示，所示轴套10为中部带孔的台阶轴形式，台阶轴有两端，从细到粗依次为轴套下台阶轴27，轴套上台阶轴28，轴套上台阶轴28与轴套用轴承9内圈相配合，依次装入垫圈11及内部机翼3，轴套上台阶轴28侧面开销孔30，使用第一圆柱销12与内部机翼3上的内部机翼销孔22连接到一起，将外部机翼3与轴套10紧固到一起，同时将轴套用轴承9内圈压紧，实现轴套10及内部机翼3的紧固定位，在轴套10台轴套下阶轴27端头内部开台阶孔29，内部用于安装转轴用轴承14；所述内部机翼3转轴部位设置内部机翼凸台20用于在高度方向定位，同时转轴部位中心开孔用于与轴套10配合，机翼根部侧面开内部机翼销孔22与轴套上相应的销孔30配合；转轴用轴承14安装到位后，将转轴13从细端插入直至顶到转轴用轴承14，所述转轴13为一端有从小到大的两个转轴下台阶轴33，转轴上台阶轴34的空心轴结构，转轴下台阶轴33用于与外部机翼2配合，侧面开转轴销孔35，与外部机翼2对应销孔配合，插入第二圆柱销15，将外部机翼2与转轴13连接紧固到一起，转轴上台阶轴34用于与转轴用轴承14配合，其后圆柱段侧面设置转轴凸台36，与限位套8对应的限位套凸台25配合实现转轴13的止转定位，转轴另一端开槽37，与扭簧的径向摆臂38配合传递扭矩；所述外部机翼2转轴部位设置外部机翼凸台17用于在高度方向定位，同时转轴部位中心开孔用于与转轴13配合，机翼根部侧面开外部机翼销孔19与转轴上相应的转轴销孔35配合；所述扭簧为圆柱扭簧，径向摆臂38弯折至径向，向内插入转轴13对应的槽37中，轴向摆臂39沿轴向伸出，插入轴套10对应孔32中，驱动轴套10与转轴13的同步反向转动；

下面结合实施例说明本发明的工作过程。

在折叠状态下，将内部机翼3和外部机翼2沿向机身1轴向折叠，轴套10与转轴13随两个机翼同步转动，压缩扭簧16，直至轴套10上的轴套凸台31与转轴13上的转轴凸台36顶到限位套8对应的限位套凸台25上，内部机翼3和外部机翼2收放至与机身1平行方向，利用发射管内壁对内部机翼3和外部机翼2实施限位，即可实现机翼的折叠收放；当飞行器发射出筒后，机翼处于自由状态，在扭簧16作用下，扭簧力释放，带动轴套10与转轴13随内部机翼3和外部机翼2同步转动，直至轴套10上的轴套凸台31与转轴13上的转轴凸台36顶到限位套8对应的限位套凸台25上，实现对机翼展开角度的限位，至此实现了无人飞行器的折叠展开。