本發(fā)明涉及航空航天，具體涉及一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置。

背景技術：

1、為了可能改善空天飛行器的氣動性能，使其能夠滿足多樣復雜的航天任務，變體飛行器應運而生。變體飛行器作為空天飛行器的改良結構，在面對復雜飛行條件下通過改變機翼或者頭錐的形狀，以一種優(yōu)于當前結構的外形實現(xiàn)減阻、降溫等效果，有利于提高飛行器的飛行性能。

2、頭錐作為飛行器前端的結構，憑借著其特殊的流線型結構，既可以減輕機體在飛行過程中產(chǎn)生的氣動阻力，而且也可以保護內腔結構免受沖擊和振動。不同類型的頭錐在各種環(huán)境下的氣動效果也不同；為了使頭錐能夠在各個階段都能實現(xiàn)最佳構型，進而降低阻力減輕能耗，增加飛行器的機動性，將頭錐結構改良為變形機構，使頭錐在各種階段總是維持最佳外形。為此，本發(fā)明提出一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于：如何將并聯(lián)機構與機構運動目標相結合，選取合適的構型實現(xiàn)頭錐整體的伸縮和彎曲，提供了一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，該變頭錐裝置的伸縮和彎曲能夠產(chǎn)生升力和偏航力矩，從而改變飛機的機動性，實現(xiàn)可控的軌跡變化

2、本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，本發(fā)明包括頭錐外殼、伸縮彎曲驅動桿件機構、輔助運動桿件機構、驅動機構；所述頭錐外殼包括多個錐節(jié)，所述驅動機構設置在頭錐外殼的基段錐節(jié)上，并與所述伸縮彎曲驅動桿件機構連接，所述頭錐外殼的各錐節(jié)之間通過伸縮彎曲驅動桿件機構、輔助運動桿件機構連接；

3、所述伸縮彎曲驅動桿件機構和所述輔助運動桿件機構在頭錐外殼內部呈對稱分布，所述伸縮彎曲驅動桿件機構和輔助運動桿件機構在頭錐外殼內部沿周向呈交錯布置，所述飛行器變頭錐裝置在伸縮彎曲驅動桿件機構和輔助運動桿件機構的共同作用下具有伸縮和彎曲兩個自由度。

4、更進一步地，所所述頭錐外殼包括由前至后依次包括頭段錐節(jié)、多段中間錐節(jié)、基段錐節(jié)，所述基段錐節(jié)直徑最大，兩端直徑相等呈圓柱狀，多段所述中間錐節(jié)直徑逐漸減小，呈圓臺狀，所述頭段錐節(jié)采用球鈍型頭錐作為頭錐外形。

5、更進一步地，所述伸縮彎曲驅動桿件機構包括兩組關于頭錐外殼水平中分面對稱安裝的伸縮彎曲驅動桿系，每一組伸縮彎曲驅動桿系均包括多組依次連接的三平行四邊形傳動桿系，三平行四邊形傳動桿系的數(shù)量與中間錐節(jié)數(shù)量相同，第一組三平行四邊形傳動桿系的輸入端與基段錐節(jié)上的驅動機構連接，最后一組三平行四邊形傳動桿系的輸出端與頭段錐節(jié)連接。

6、更進一步地，單組所述三平行四邊形傳動桿系包括多個傳動桿，配合頭錐外殼形成三個平行四邊形傳動桿系，其中，第二、三、八傳動桿與頭錐外殼形成第一個平行四邊形傳動桿系，第一、四、三、五傳動桿形成第二個平行四邊形傳動桿系，第五、八、六、七傳動桿形成第三個平行四邊形傳動桿系，第一傳動桿的一端與驅動機構的驅動軸連接，同時作為三平行四邊形傳動桿系的驅動桿，第七傳動桿同時作為下一組三平行四邊形傳動桿系的驅動桿。

7、更進一步地，所述第二傳動桿與第三傳動桿的一端通過銷軸擋圈連接于第一傳動桿的中部兩側，第三傳動桿的另一端與第八傳動桿的一端通過銷軸擋圈連接于第五傳動桿的一端兩側，第五傳動桿的另一端與第六傳動桿的一端通過銷軸擋圈連接于第四傳動桿的一端兩側，第四傳動桿的另一端通過銷軸擋圈連接于第一傳動桿的另一端，第六傳動桿的另一端通過銷軸擋圈連接于第七傳動桿的中部一側，第二傳動桿的另一端鉸接于一個傳動桿支座上，第七的一端與第八傳動桿的另一端鉸接于另一個傳動桿支座上，上述兩個傳動桿支座均通過傳動桿連接座連接在對應的同一中間錐節(jié)上，其中，傳動桿支座與傳動桿連接座固定連接，傳動桿連接座與中間錐節(jié)固定連接。

8、更進一步地，所述輔助運動桿件機構為兩組，關于頭錐外殼垂直中分面對稱分布安裝，每組輔助運動桿件機構均包括多組依次連接的rrru支鏈，rrru支鏈的數(shù)量比中間錐節(jié)數(shù)量多一，在相鄰兩組rrru支鏈中，前一組rrru支鏈的u副與后一組rrru支鏈的r副鉸接，在同組rrru支鏈中，r副與u副鉸接，第一組rrru支鏈的r副還與基段錐節(jié)連接，最后一組rrru支鏈的u副還與頭段錐節(jié)連接，中間各組rrru支鏈中的u副還分別對應與各中間錐節(jié)連接。

9、更進一步地，每組rrru支鏈均包括首接頭、第一管、中接頭、接頭、第二管、末接頭、萬向鉸，所述首接頭通過第一管與中接頭連接，第一管與首接頭、中接頭固定連接，第二管與末接頭、接頭固定連接，中接頭與接頭鉸接，末接頭與萬向鉸鉸接，萬向鉸與后一組rrru支鏈中的首接頭鉸接。

10、更進一步地，所述萬向鉸包括u副第一轉動接頭、u副第二轉動接頭、萬向鉸支座，所述u副第一轉動接頭與前一組rrru支鏈中的末接頭鉸接，u副第二轉動接頭與萬向鉸支座鉸接，u副第一轉動接頭通過花鍵軸與u副第二轉動接頭鉸接，萬向鉸支座與頭錐外殼固定連接。

11、更進一步地，在第一組rrru支鏈中，首接頭通過r副支座與基段錐節(jié)固定連接，在最后一組rrru支鏈中，萬向鉸支座還與頭段錐節(jié)固定連接。

12、更進一步地，所述驅動機構為兩組，分別與對應的伸縮彎曲驅動桿件機構連接，驅動機構包括電機、行星減速器、聯(lián)軸器、齒輪減速箱、驅動軸，所述電機、行星減速器、聯(lián)軸器、齒輪減速箱、驅動軸均安裝所述基段錐節(jié)上，所述電機與行星減速器連接，所述行星減速器通過聯(lián)軸器與齒輪減速箱輸入軸連接，驅動軸通過聯(lián)軸器與齒輪減速箱輸出軸連接。

13、更進一步地，所述驅動機構還包括電機固定板、行星減速器固定板，所述電機通過電機固定板安裝在基段錐節(jié)上，所述行星減速器通過行星減速器固定板安裝在所述電機固定板上。

14、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：

15、1、將并聯(lián)機構與機構運動目標相結合，以實際運用自由度需求為出發(fā)點，借助并聯(lián)機構的構型綜合，利用約束螺旋法對各并聯(lián)支鏈進行型綜合設計選取合適的機構構型，并且只需要在頭錐基段安裝兩處驅動，控制伸縮彎曲驅動桿件機構驅動桿的旋轉運動即可實現(xiàn)頭錐整體的伸縮和彎曲運動；

16、2、變頭錐的伸縮和彎曲能夠產(chǎn)生升力和偏航力矩，從而改變飛行器的機動性，且憑借著其特殊的流線型結構，既可以減輕機體在飛行過程中產(chǎn)生的氣動阻力，而且也可以保護內腔結構免受沖擊和振動，從而可實現(xiàn)可控的軌跡變化，提升飛行性能。

技術特征：

1.一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，包括：頭錐外殼、伸縮彎曲驅動桿件機構、輔助運動桿件機構、驅動機構；所述頭錐外殼包括多個錐節(jié)，所述驅動機構設置在頭錐外殼的基段錐節(jié)上，并與所述伸縮彎曲驅動桿件機構連接，所述頭錐外殼的各錐節(jié)之間通過伸縮彎曲驅動桿件機構、輔助運動桿件機構連接；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，所述頭錐外殼包括由前至后依次包括頭段錐節(jié)、多段中間錐節(jié)、基段錐節(jié)，所述基段錐節(jié)直徑最大，兩端直徑相等呈圓柱狀，多段所述中間錐節(jié)直徑逐漸減小，呈圓臺狀，所述頭段錐節(jié)采用球鈍型頭錐作為頭錐外形。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，所述伸縮彎曲驅動桿件機構包括兩組關于頭錐外殼水平中分面對稱安裝的伸縮彎曲驅動桿系，每一組伸縮彎曲驅動桿系均包括多組依次連接的三平行四邊形傳動桿系，三平行四邊形傳動桿系的數(shù)量與中間錐節(jié)數(shù)量相同，第一組三平行四邊形傳動桿系的輸入端與基段錐節(jié)上的驅動機構連接，最后一組三平行四邊形傳動桿系的輸出端與頭段錐節(jié)連接。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，單組所述三平行四邊形傳動桿系包括多個傳動桿，配合頭錐外殼形成三個平行四邊形傳動桿系，其中，第二、三、八傳動桿與頭錐外殼形成第一個平行四邊形傳動桿系，第一、四、三、五傳動桿形成第二個平行四邊形傳動桿系，第五、八、六、七傳動桿形成第三個平行四邊形傳動桿系，第一傳動桿的一端與驅動機構的驅動軸連接，同時作為三平行四邊形傳動桿系的驅動桿，第七傳動桿同時作為下一組三平行四邊形傳動桿系的驅動桿。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，所述第二傳動桿與第三傳動桿的一端通過銷軸擋圈連接于第一傳動桿的中部兩側，第三傳動桿的另一端與第八傳動桿的一端通過銷軸擋圈連接于第五傳動桿的一端兩側，第五傳動桿的另一端與第六傳動桿的一端通過銷軸擋圈連接于第四傳動桿的一端兩側，第四傳動桿的另一端通過銷軸擋圈連接于第一傳動桿的另一端，第六傳動桿的另一端通過銷軸擋圈連接于第七傳動桿的中部一側，第二傳動桿的另一端鉸接于一個傳動桿支座上，第七的一端與第八傳動桿的另一端鉸接于另一個傳動桿支座上，上述兩個傳動桿支座均通過傳動桿連接座連接在對應的同一中間錐節(jié)上，其中，傳動桿支座與傳動桿連接座固定連接，傳動桿連接座與中間錐節(jié)固定連接。

6.根據(jù)權利要求1或5所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，所述輔助運動桿件機構為兩組，關于頭錐外殼垂直中分面對稱分布安裝，每組輔助運動桿件機構均包括多組依次連接的rrru支鏈，rrru支鏈的數(shù)量比中間錐節(jié)數(shù)量多一，在相鄰兩組rrru支鏈中，前一組rrru支鏈的u副與后一組rrru支鏈的r副鉸接，在同組rrru支鏈中，r副與u副鉸接，第一組rrru支鏈的r副還與基段錐節(jié)連接，最后一組rrru支鏈的u副還與頭段錐節(jié)連接，中間各組rrru支鏈中的u副還分別對應與各中間錐節(jié)連接。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，每組rrru支鏈均包括首接頭、第一管、中接頭、接頭、第二管、末接頭、萬向鉸，所述首接頭通過第一管與中接頭連接，第一管與首接頭、中接頭固定連接，第二管與末接頭、接頭固定連接，中接頭與接頭鉸接，末接頭與萬向鉸鉸接，萬向鉸與后一組rrru支鏈中的首接頭鉸接。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，所述萬向鉸包括u副第一轉動接頭、u副第二轉動接頭、萬向鉸支座，所述u副第一轉動接頭與前一組rrru支鏈中的末接頭鉸接，u副第二轉動接頭與萬向鉸支座鉸接，u副第一轉動接頭通過花鍵軸與u副第二轉動接頭鉸接，萬向鉸支座與頭錐外殼中的對應錐節(jié)固定連接。

9.根據(jù)權利要求7所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，在第一組rrru支鏈中，首接頭通過r副支座與基段錐節(jié)固定連接，在最后一組rrru支鏈中，萬向鉸支座還與頭段錐節(jié)固定連接。

10.根據(jù)權利要求1所述的一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，其特征在于，所述驅動機構為兩組，分別與對應的伸縮彎曲驅動桿件機構連接，驅動機構包括電機、行星減速器、聯(lián)軸器、齒輪減速箱、驅動軸，所述電機、行星減速器、聯(lián)軸器、齒輪減速箱、驅動軸均安裝所述基段錐節(jié)上，所述電機與行星減速器連接，所述行星減速器通過聯(lián)軸器與齒輪減速箱輸入軸連接，驅動軸通過聯(lián)軸器與齒輪減速箱輸出軸連接。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于并聯(lián)機構的飛行器變頭錐裝置，屬于航空航天技術領域，包括頭錐外殼、伸縮彎曲驅動桿件機構、輔助運動桿件機構、驅動機構。本發(fā)明將并聯(lián)機構與機構運動目標相結合，以實際運用自由度需求為出發(fā)點，借助并聯(lián)機構的構型綜合，利用約束螺旋法對各并聯(lián)支鏈進行型綜合設計選取合適的機構構型，并且只需要在頭錐基段安裝兩處驅動，控制伸縮彎曲驅動桿件機構驅動桿的旋轉運動即可實現(xiàn)頭錐整體的伸縮和彎曲運動，伸縮和彎曲能夠產(chǎn)生升力和偏航力矩，從而改變飛行器的機動性，且憑借著其特殊的流線型結構，既可以減輕機體在飛行過程中產(chǎn)生的氣動阻力，而且也可以保護腔內結構免受沖擊和振動，從而可實現(xiàn)飛行軌跡變化，提升飛行性能。

技術研發(fā)人員：楊慧,黃忠豪,姚言普,王巖,喬尚嶺,李傳揚
受保護的技術使用者：燕山大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/29