CN117401150A - 一种基于电驱动作动器的折叠翼稍、折叠方法和飞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电驱动作动器的折叠翼稍、折叠方法和飞机，包括翼稍固定端、翼稍活动端和电驱动作动器，翼稍活动端和翼稍固定端均包括上翼面和分离面，在二者的上翼面交界处设置有折叠旋转轴，翼稍活动端通过该折叠旋转轴与所述翼稍固定端旋转连接；作动器固定在所述翼稍固定端和翼稍活动端，用于推动翼稍活动端相对于翼稍固定端旋转一定的角度。本发明的作动器的轨道为圆弧形导轨的设计，设置于翼梢的上翼面以达到尽可能大的驱动效率，可以最大限度地增加作动器力臂，有效避免目前旋转式电机驱动翼梢折叠设计中驱动器力臂较短的缺点，从而降低对电驱动器最大输出力矩的要求，使得对直流电机和齿轮变速器的选择有更大的空间。

Description

一种基于电驱动作动器的折叠翼稍、折叠方法和飞机

技术领域

本发明属于飞机翼稍技术领域，具体涉及一种基于电驱动作动器的折叠翼稍、折叠方法和飞机。

背景技术

近年来，在大型宽体客机设计上采用大翼展折叠翼设计已受到越来越多的关注。这种设计可最大限度地通过增加机翼展弦比提高飞机升阻比从而降低油耗，与此同时又可满足飞机对机场跑道、滑行道及停放场地对飞机宽度等适应性的要求。目前折叠翼梢在某大型客机上已成功应用，可以预期未来折叠翼技术的在大型客机上将得到越来越多的应用。

不论是液压驱动还是电驱动，在折叠翼设计中极端侧风工况是一种主要考虑的设计工况。当折叠翼梢竖起时，在严重的侧风载荷下，作动器需要提供足够大的力矩以抗衡竖起翼面上所承受的严重侧风对其折叠铰链轴所引起的极端力矩。由于翼梢狭小空间的限制，作动器的体积不可能很大，而又要达到大功率的输出，这显然对作动器的性能提出了很高要求，尤其当机翼扁平时，这样的设计将会因为作动器输出功率的限制更加遇到挑战。目前受到广泛关注的基于线型液压作动器的外伸短梁折叠方式，其所提供抗衡外载极端扭矩的力臂相对较小，这意味着同样的外载力矩需要作动筒提供较大的推力或拉力输出。而目前基于电机驱动的折叠方法由于其折叠旋转轴设在机翼厚度的中线位置，因而旋转力臂相对更小，这为电机的功率输出及齿轮变速器的转速比提出了更为严苛要求，而对于大翼展折叠设计，将更加遇到挑战。另外，目前短梁式液压驱动方式，也存在着在极端侧风载荷下由于作动筒在大伸展情况下而产生的受压稳定性设计问题，而现有的电动驱动方式其系统设计较为复杂，不便于维护检修。此外，目前的电驱动设计由于上下翼面在折叠处均断开，因而对锁定机构提出了更多的要求。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于作动器的折叠翼稍和飞机，用于解决现有技术中存在的上述问题。

一种基于电驱动作动器的折叠翼梢，用于飞机，包括翼稍固定端、翼稍活动端和作动器，

其中，所述翼稍活动端和翼稍固定端均包括上翼面和分离面，在所述翼稍固定端的上翼面和翼稍活动端的上翼面交界处设置有折叠旋转轴，所述翼稍活动端通过该折叠旋转轴与所述翼稍固定端旋转连接；

所述作动器同时固定在所述翼稍固定端翼稍活动端，用于推动翼稍活动端相对于翼稍固定端旋转一定的角度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述翼稍固定端或翼稍活动端的上翼面与分离面之间的夹角在0-180°之间。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述作动器为电机驱动。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述作动器包括圆弧形齿条轨道、滑轨和齿轮组件，所述滑轨设置在所述圆弧形齿条轨道的中间部分，所述齿轮组件设置在所述滑轨上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述圆弧形齿条轨道包括平行设置的上齿条轨道和下齿条轨道，所述上下齿条轨道的长度与所述翼稍活动端的折叠角度成正比。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述齿轮组件包括主动轮子组件和从动轮子组件。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述主动轮子组件包括一个主动轮、驱动电机和驱动轴，所述驱动电机通过所述驱动轴与所述主动轮连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述从动轮子组件包括两个从动轮，所述主动轮与每一个从动轮啮合连接，两个所述从动轮通过铰链连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述主动轮、每一个从动轮及上下齿条轨道的齿间距相同。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一圆弧形护板，固定于圆形齿条轨道的外缘。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述圆弧形齿条轨道、所述圆弧形滑轨和所述圆弧形护板均以折叠翼梢旋转轴为圆心设置。

本发明还提供了一种基于作动器的折叠翼梢的折叠方法，所述方法采用折叠翼梢来实现，包括步骤：

S1.当电驱动作动器开启后，翼稍固定端和翼稍活动端在分离面处的连接自动打开，电驱动作动器的主动齿轮和两个从动齿轮组成的齿轮组的锁定自动移除；

S2.齿轮组由齿条轨道一端部开始运动，固定在活动端的电驱动作动器的电机驱动固定在活动端的电驱动作动器的驱动轴旋转，驱动轴进而驱动与之固定的主动轮旋转，然后主动齿轮通过齿条啮合带动上齿条轨道运动，同时也通过与主动齿轮啮合的两个从动齿轮带动下齿条轨道在与上齿轨道同样的方向上并以同样的速度运动；

S3.齿轮组由齿条轨道一端部运动到另一端部，从而带动翼稍活动端由初始位置旋转至竖起位置，使得翼稍活动端处于竖起状态。

本发明还提供了一种飞机，所述飞机包括基于作动器的折叠翼稍。

本发明的有益效果

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：本发明作动器的折叠翼梢包括翼稍固定端、翼稍活动端和作动器，翼稍活动端和翼稍固定端均包括上翼面和分离面，在所述翼稍固定端的上翼面和翼稍活动端的上翼面交界处设置有折叠旋转轴，所述翼稍活动端通过该折叠旋转轴与所述翼稍固定端旋转连接；作动器固定在所述翼稍固定端和翼稍活动端，用于推动翼稍活动端相对于翼稍固定端旋转一定的角度。本发明的作动器的轨道为圆弧形导轨的设计，设置于下翼面一侧以达到尽可能大的驱动效率。通过这样的设计，可以最大限度地增加作动器力臂，有效避免目前旋转式电机驱动翼梢折叠设计中驱动器力臂较短的缺点，从而降低对电驱动器最大输出力矩的要求，使得对直流电机和齿轮变速器的选择有更大的空间。此外与目前已有的电机驱动技术相比，本发明在机构和结构上都更为简单，不仅有助于提高结构设计效率，也便于制造，同时也易于维护。

附图说明

图1为本发明的电驱动翼梢折叠结构示意图；

图2为本发明的基于圆弧形齿条导轨的电机驱动的折叠方案-斜角分离面(初始状态)示意图；

图3为本发明的基于圆弧形齿条导轨的电机驱动的折叠方案-斜角分离面(中间状态)示意图；

图4为本发明的基于圆弧形齿条导轨的电机驱动的折叠方案-斜角分离面(竖起状态)示意图；

图5为本发明的基于圆弧形齿条导轨的电机驱动的折叠实施例-斜角分离面-初始状态内部俯视示意图；

图6为本发明的基于圆弧形齿条导轨的电机驱动的折叠实施例-直角分离面(初始状态)示意图；

图7为本发明的液压作动器在翼梢活动端驱动的折叠实施例(几何干涉最可能状态)示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，本发明内容包括但不限于下文中的具体实施方式，相似的技术和方法都应该视为本发明保护的范畴之内。为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

应当明确，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如图1所示，本发明的基于作动器的折叠翼梢，用于飞机，包括翼稍固定端2、翼稍活动端1和作动器3，

其中，所述翼稍活动端1和翼稍固定端2均包括上翼面、下翼面和分离面6，在所述翼稍固定端2和活动端1的上翼面的交界处设置有折叠旋转轴8，所述翼稍活动端1通过该折叠旋转轴8与所述翼稍固定端2旋转连接；

所述作动器3同时固定在所述翼稍固定端2和翼稍活动端1，用于推动翼稍活动端1相对于翼稍固定端2旋转一定的角度。

进一步地，翼稍固定端2或翼稍活动端1的上翼面与分离面之间的夹角在0-180°之间，不包括O°和180°。

进一步地，所述作动器3为电机驱动或称为电驱动，如图2所示，作动器3包括圆弧形齿条轨道、滑槽或滑轨7和齿轮组件，所述滑槽或滑轨7设置在所述圆弧形齿条轨道的中间部分，所述齿轮组件设置在所述滑轨上，所述圆弧形齿条轨道包括平行设置的上齿条轨道和下齿条轨道4，所述上下齿条轨道的长度与所述翼稍活动端的折叠角度成正比，即上下齿条轨道的弧形长度越长，所述翼稍活动端1的折叠角度则越大，反之，上下齿条轨道的弧形长度越短，所述翼稍活动端1的折叠角度则越小，根据实际情况来设置。齿轮组件包括主动轮子组件和从动轮子组件；所述主动轮子组件包括一个主动轮、驱动电机5和驱动轴51，所述驱动电机5通过所述驱动轴51与所述主动轮连接。主动轮与上齿条轨道相啮合，两个从动轮和下齿条轨道相啮合。上齿条轨道和下齿条轨道的曲率中心与翼梢折叠转动轴8同轴。

如图2和图5所示，圆弧形齿条轨道的一端固定于翼梢固定端2，另一端外伸端也通过支架10或外伸腹板固定于固定端2上。外伸腹板可以是翼梢固定端2的梁腹板的直接延伸，也可以为通过能够传递弯剪扭载荷的中间构件，该间接构件间接连接于翼梢固定端2的梁腹板上。外伸腹板之间在横向通过角片采用隔板或支架固定，形成盒段式的能够传递弯剪扭载荷的外伸结构。这种外伸结构也可以根据特定结构需求做成刚架形式直接通过螺栓将其两端连接于翼梢固定端2的翼梁或与翼梁相连的中间过度结构。同样，若圆弧形齿条轨道固定于翼稍活动端1，则主动轮驱动轴51及驱动电机5组成的驱动组件14则固定于翼梢固定端2。翼稍活动端1与固定端2之间通过主从齿轮组与齿条轨道之间的相互推动实现翼稍活动端1绕折叠旋转轴8的转动。

进一步地，折叠旋转轴8设置于翼稍活动端1的上翼面一侧，圆弧形齿条轨道则尽可能靠近与其相对的另一侧即下翼面一侧。这样的布置可实现最大驱动力力臂，即上下齿条轨道到折叠旋转轴8的垂直距离也即圆弧轨道半径尽可能大，该半径即为驱动力力臂，从而提高电机驱动效率，同时在整个折叠过程中力臂保持恒定，便于分析控制。

主动轮和下面的两个从动轮组成齿轮组。主动轮、从动轮以及上齿条轨道和下齿条轨道上的齿间距都采用同样大小。这样当主动轮被驱动时，主动轮不仅可带动上齿条轨道的运动也可通过从动齿轮驱动下齿条轨道以同样的速度沿同一个方向运动，同时整个齿轮组也可以绕主动轮驱动轴51转动。也可根据齿条设计需要，在上下齿轮之间以锯齿形折线方式串联啮合更多从动齿轮，即增加齿轮组单元，这样就会有更多齿轮带动上下齿条轨道在同一方向运动，从而减低每个齿条所承受的的力。

上下齿条轨道的两侧通过角片采用螺栓及胶结等方式固定于翼稍固定端1的竖向腹板11上，从而与翼稍固定端1相连接固定，而腹板11上设有滑槽或滑轨7以承受上下齿条轨道施加在主动轮和被动轮上且垂直于主动轮驱动轴51的力，这样主动轮驱动轴51可仅承受扭矩载荷。另外，滑槽的曲率中心也与翼梢折叠转动铰链轴8同轴。上下齿条轨道通过翼稍固定端延伸出的竖向腹板11或刚架以及外端支架10固定于固定端2上，而驱动电机5及主动轮驱动轴51则固定在翼稍活动端1上。驱动轴51通过翼稍活动端1的竖向腹板或刚架12固定。齿轮组在电机5的驱动下通过固定在固定端2的上下齿条轨道在主动轮驱动轴51处推动活动端1绕折叠旋转轴8旋转。图5中A、B分别表示驱动轴51在翼梢活动端1的收起时的起始位置和竖起时的最终位置，也对应齿轮轨道或滑轨的两个端部，本发明中的变速箱与电机固定于一体，且同轴相连。

进一步地，本发明在上下齿条轨道的外缘固定有圆弧形护板9，该护板9的曲率中心与上下齿条轨道的曲率中心相同，均为翼梢折叠转动铰链轴o，所述圆弧形齿条轨道、所述圆弧形滑轨和所述圆弧形护板均以折叠翼梢旋转轴为圆心设置。这样可最大限度地避免翼梢活动端1在整个旋转过程中护板9与翼稍活动端1所可能产生的相互干涉。当飞机在降落后翼梢活动端1处于竖起状态时，此护板9可为飞机的内部系统提供防止尘沙、紫外线照射等外部环境因素侵袭的防护作用。

进一步地，本发明的翼梢活动端1与固定端2通过沿翼梢折叠转动铰链轴8的铰链相互连接。固定端和活动端的下翼面在分离面处可通过多个耳片13及与耳片配合的销轴实现自动开启和闭合锁定。除此之外，借助上下齿条轨道端部竖向侧板对主动轮和最外端从动轮的阻挡及滑槽端部对驱动轴的阻挡，约束翼梢活动端不能继续旋转，与此同时通过对齿轮组的简单锁定，如在齿轮组的内侧即与齿轮轨道终端较远的那一侧，在主动轮与从动轮之间通过自动下落的锲形体卡阻齿轮组后退，这样由于驱动轴不能相对于齿轮轨道前进也不能后退，于是与之固定连接的翼梢也就不能正向旋转同时也不能反向旋转，即被完全锁定。也就是说，当翼梢收起后，除了活动端1与固定端2在下翼面分离面处通过耳片和轴销锁定外，翼梢内部折叠机构也可提供额外的锁定，因而可以进一步确保翼梢在飞机飞行中不会因为单个锁定机构失效而使下翼面开启导致翼梢在空中突然折叠。

进一步地，本发明的翼稍活动端1的分离面与固定端2的分离面设置为斜角平面或直角平面。

进一步地，本发明的上下圆弧形齿条轨道两端与折叠旋转轴o的夹角即为折叠翼梢可旋转的角度，因此，本发明不仅能实现翼梢90°的折叠也可通过增加齿条轨道长度来实现大于90°的任意大角度翼梢折叠。

图2、图3和图4给出了分离面斜角为45°时翼梢折叠最大角度为90°时折叠方案的初始状态、中间状态及竖起状态。本发明的电机、主动齿轮轴及可动翼梢驱动点-折叠旋转轴o均在一条轴线上，齿条轨道两端支撑，具有较好的稳定性。另外，本发明设置护板来进行自动防护，因此，本发明的翼稍的结构设计简单，驱动力力臂大，有利于提高电动机效能。此外在折叠过程中力臂保持恒定，易于设计。

为了使折叠后的折叠旋转轴周围张开区域具有更好的防护外观，图6进一步给出了基于直角分离面的示例。为了避免干涉，上下圆弧形齿条导轨逆时针旋转一个小的角度，如15°左右，从而齿轮组终端位置略低于上翼面位置。图7给出了翼梢竖起后折叠旋转轴周围开张区域的状态及自动实现的防护板设计，从图可看出，这样的设计具有更好的圆滑外观，也能降低外来物体的可能刮蹭对翼梢结构的损伤。

作为公开的实施例，本发明还提供了一种折叠翼稍的折叠方法，包括如下步骤：S1.当电驱动作动器开启后，翼稍固定端和翼稍活动端在分离面处的连接自动打开，电驱动作动器的主动齿轮和两个从动齿轮组成的齿轮组的锁定自动移除；

S2.齿轮组由齿条轨道一端部开始运动，固定在活动端的电驱动作动器的电机驱动固定在活动端的电驱动作动器的驱动轴旋转，驱动轴进而驱动与之固定的主动轮旋转，然后主动齿轮通过齿条啮合带动上齿条轨道运动，同时也通过与主动齿轮啮合的两个从动齿轮带动下齿条轨道在与上齿轨道同样的方向上并以同样的速度运动；

S3.齿轮组由齿条轨道一端部运动到另一端部，从而带动翼稍活动端由初始位置旋转至竖起位置，使得翼稍活动端处于竖起状态。

具体地，本发明的折叠过程如下：当作动器在初始状态(如图2所示)开启后，即固定端2和活动端1在下翼面处的耳片连接自动打开，齿轮组的锁定自动移除，接着，固定在活动端1的电机驱动固定在活动端1的驱动轴51旋转，驱动轴51进而驱动与之固定的主动齿轮旋转，然后主动齿轮通过齿条啮合一方面带动上齿条轨道运动，另一方面也通过两个从动齿轮带动下齿条轨道在与上齿条版同样的方向上并以同样的速度运动。由于驱动轴51轴固定于活动端1，而上下齿条轨道固定于固定端2，所以驱动轴51也即齿轮组与上下齿条轨道之间的相对运动就推动整个活动端1绕上翼面旋转轴o进行旋转。当齿轮组由初始的端部A端运动到齿条轨道中央位置时，翼梢的活动端1即旋转到其一半的行程(如图3所示)。当电机驱动齿轮组继续运动到齿轮轨道的另一端部B端时，整个活动端1也即完成整个旋转，从而处于竖起状态(如图4所示)。之后锁定齿轮，电机关闭，完成其竖起状态，此状态可承受各种载荷尤其是侧向风载。当翼梢活动端1要收起时，反向启动电机，与此同时解除齿轮锁定，如前所述，此时电机就通过驱动轴驱动主动齿轮及从动齿轮带动上下齿条轨道由B端向A端运动，其运动方向与活动端1竖起过程中的运动方向相反。当齿轮组的位置在作动器的A端时，翼稍活动端1就正好处于初始的平放状态，此时的活动端1的分离面和固定端2的分离面也完全闭合。然后锁定齿轮，并锁定下翼面在分离面处的耳片连接，电机关闭，完成其收起状态。

作为公开的实施例，本发明还提供了一种飞机，所述飞机包括基于作动器的折叠翼稍。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于电驱动作动器的折叠翼梢，用于飞机，其特征在于，包括翼稍固定端、翼稍活动端、电驱动作动器，

其中，所述翼稍活动端和翼稍固定端均包括上翼面，在所述翼稍固定端的上翼面和翼稍活动端的上翼面交界处设置有折叠旋转轴，所述翼稍活动端通过该折叠旋转轴与所述翼稍固定端旋转连接；

所述电驱动作动器同时固定在所述翼稍固定端和翼稍活动端，用于推动翼稍活动端相对于翼稍固定端旋转一定的角度。

2.根据权利要求1所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述翼稍活动端和翼稍固定端还均包括分离面，所述翼稍固定端或翼稍活动端的上翼面与分离面之间的夹角在0-180°之间。

3.根据权利要求1所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述电驱动作动器包括圆弧形齿条轨道、滑轨和齿轮组件，所述滑轨设置在所述圆弧形齿条轨道的中间部分，所述齿轮组件设置在所述滑轨上。

4.根据权利要求3所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述圆弧形齿条轨道包括平行设置的上齿条轨道和下齿条轨道，所述上下齿条轨道的长度与所述翼稍活动端的折叠角度成正比。

5.根据权利要求4所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述齿轮组件包括主动轮子组件和从动轮子组件。

6.根据权利要求5所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述主动轮子组件包括一个主动轮、驱动电机和驱动轴，所述驱动电机通过所述驱动轴与所述主动轮连接。

7.根据权利要求6所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述从动轮子组件包括两个从动轮，所述主动轮与每一个从动轮啮合连接，两个所述从动轮通过铰链连接。

8.根据权利要求7所述的基于电驱动作动器的折叠翼梢，其特征在于，所述主动轮、每一个从动轮及上下齿条轨道的齿间距相同。

9.一种基于电驱动作动器的折叠翼梢的折叠方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-8任一项所述的折叠翼梢来实现，包括步骤：

S1.当电驱动作动器开启后，翼稍固定端和翼稍活动端在分离面处的连接自动打开，电驱动作动器的主动齿轮和两个从动齿轮组成的齿轮组的锁定自动移除；

S2.齿轮组由齿条轨道一端部开始运动，固定在活动端的电驱动作动器的电机驱动固定在活动端的电驱动作动器的驱动轴旋转，驱动轴进而驱动与之固定的主动轮旋转，然后主动齿轮通过齿条啮合带动上齿条轨道运动，同时也通过与主动齿轮啮合的两个从动齿轮带动下齿条轨道在与上齿条轨道同样的方向上并以同样的速度运动；

S3.齿轮组由齿条轨道一端部运动到另一端部，从而带动翼稍活动端由初始位置旋转至竖起位置，使得翼稍活动端处于竖起状态。

10.一种飞机，其特征在于，所述飞机包括权利要求1-8任一项所述的基于作动器的折叠翼稍。