一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構的制作方法
【專利摘要】一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構，它由合頁組件、搖桿組件和鎖定組件組成；合頁組件中的合頁通過鉚釘或螺栓安裝在機身蒙皮上，鎖定組件中的插銷圓形端套在搖桿組件中的搖桿中部；搖桿組件中的搖桿兩端穿過合頁組件中合頁銷的中部圓孔。本發(fā)明是一種根據(jù)無人飛行器蒙皮結構和艙門構型來設計的一套可以實現(xiàn)艙門開啟、關閉以及鎖定等功能的機構。該機構采用鉸鏈機構將艙門連接在機身蒙皮上，只需打開保險鎖便可以輕松實現(xiàn)艙門的啟閉，有效解決傳統(tǒng)方法中需要拆裝大量快卸螺栓才能完成艙門的開啟和關閉以及需要頻繁拆卸和挪動艙門等缺點，大大提高了飛行器使用和維護的效率、可靠性及安全性。
【專利說明】一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構，它可用于實現(xiàn)具有較薄且曲面造型復雜的外型的無人飛行器的設備艙門的開啟、關閉及鎖定，屬無人飛行器設計【技術領域】。
技術背景
[0002]日常生活中，常見的門大多是平直門，僅通過安裝合頁等簡易鉸鏈機構就能實現(xiàn)這類門的開啟和關閉。而對于一般的客機、軍機等飛行器，雖然具有曲面外型，但由于機身壁較厚，可以在機身蒙皮內部設計平直結構來為鉸鏈的設計提供方便，很大程度上減少了飛機艙門機構的設計難度。而在無人直升機、無人固定翼飛機等無人飛行器的結構設計過程中，飛行器復雜的氣動曲面造型以及其幾毫米甚至不到一毫米的蒙皮厚度常常對飛行器的設備艙門機構的設計產生很大的障礙。
[0003]對于這種蒙皮較薄且曲面造型復雜的無人飛行器的設備艙門的設計，目前最常見的是采用安裝快卸螺栓的方法來實現(xiàn)艙門的打開和關閉。這種方法較多用在小口徑(外形尺寸15厘米以內)艙門的設計上，因為小艙門需要的快卸螺栓較少，可以實現(xiàn)快速的拆卸。而較大艙門采用這種快卸螺栓的設計則不是很可取，原因在于:第一，較大艙門采用這種方法需要較多的快卸螺栓，實現(xiàn)艙門的安裝和拆卸費時費力，違背飛行器使用和維護中的簡便迅速的基本理念。第二，這種方法完成艙門的開啟和關閉需要將整個艙門卸下或安裝，大艙門采用此種方法在飛行器裝配和維護過程中必然需要多人配合才能完成艙門的裝卸，嚴重降低了工作效率。此外，在頻繁地裝卸和挪動艙門過程中難以避免會對艙門造成損害，影響飛行器的可靠性和使用壽命，同時也無疑會增加作業(yè)的安全隱患。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對具有較薄的復雜曲面造型蒙皮結構的無人飛行器的設備艙門提出一種全新的艙門機構，它是一種根據(jù)無人飛行器蒙皮結構和艙門構型來設計的一套可以實現(xiàn)艙門開啟、關閉以及鎖定等功能的機構裝置。該機構采用鉸鏈機構將艙門連接在機身蒙皮上，只需打開保險鎖便可以輕松實現(xiàn)艙門的啟閉。可有效解決傳統(tǒng)采用快卸螺栓的方法中需要拆裝大量快卸螺栓才能完成艙門的開啟和關閉以及需要頻繁拆卸和挪動艙門等缺點，大大提高了飛行器使用和維護的效率、可靠性及安全性等。
[0005]本發(fā)明的基本原理為:艙門啟閉采用普通的搖桿機構來設計完成，用以實現(xiàn)具有較薄的復雜曲面造型蒙皮結構的無人飛行器的設備艙門啟閉動作；而艙門保險鎖定則利用搖塊機構來設計，飛行器表面空氣有較強對流，所以艙門的邊緣采用保險鎖定設計可有效增加飛行的可靠性和安全性。在復雜曲面造型的蒙皮上設計艙門機構，設計難點在于轉軸的設計定位。由于曲面造型沒有直接可用的直線作為軸線，故與平直門采用的門合頁的轉軸設計方法不同，本發(fā)明將合頁組件安裝固定在機身蒙皮上艙門上下角對應處，再將一根曲軸兩端分別穿過兩個合頁組件的合頁銷孔形成轉動副，這樣便可將曲軸作為艙門啟閉機構的轉軸來實現(xiàn)艙門的開啟和關閉。此外，采用曲軸而非直桿作為艙門啟閉機構轉軸是為艙門的保險鎖定機構模塊設計提供支持。本發(fā)明可以用作各種具有較薄的復雜曲面造型蒙皮結構的無人飛行器的艙門機構，在飛行器的設計過程中就需要完成相應艙門的機構設計，不同曲面形狀的蒙皮和艙門造型只需更改該艙門機構部分零部件的尺寸和形狀，總體原理并不改變。
[0006]本發(fā)明一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構，它由以下三部分組成:合頁組件、搖桿組件和鎖定組件。它們之間的位置連接關系是:合頁組件中的合頁通過鉚釘或螺栓安裝在機身蒙皮上，鎖定組件中的插銷圓形端套在搖桿組件中的搖桿中部；搖桿組件中的搖桿兩端穿過合頁組件中合頁銷的中部圓孔。
[0007]所述合頁組件由合頁和合頁銷組合而成。合頁銷穿過合頁兩頭的圓形套筒；單頁艙門的艙門機構需要兩個合頁組件作為曲軸的安裝支點。其中，合頁由薄的鋼片加工而成，兩端窩成圓筒狀，用于安裝合頁銷。合頁銷是中間徑向開有一個安裝孔的圓桿，套在合頁卷筒內，可自由轉動。合頁采用鉚接或螺栓連接方式固定在蒙皮內部，此外，由于合頁相對艙門來說尺寸很小，所以安裝時基本可以忽略蒙皮曲率的影響。
[0008]所述搖桿組件由兩根搖桿和一根曲軸組合而成。曲軸呈凹形，兩端分別穿插在兩個合頁組件的合頁銷中間孔中，曲軸兩端帶有螺紋，用來安裝螺母以保證曲軸不能相對于合頁組件作軸向運動，但保留了曲軸的繞軸旋轉的自由度，其可繞合頁銷中間孔作旋轉運動。搖桿為兩片較薄金屬片折彎而成，一端窩成圓筒狀，圓筒套在曲軸的兩頭，另一端是開有4個固定在艙門圓孔的能與艙門緊密貼合的曲面，并在預定的位置和角度安裝固定，使其與曲軸固連成一體，可共同沿曲軸的安裝孔作旋轉運動。
[0009]所述鎖定組件由插銷、導軌和卡扣組成，但三者沒有固定的連接關系，在實現(xiàn)艙門的啟閉過程中，三者都是相對運動的，而且并非單自由度的運動。插銷由中間開矩形槽的矩形薄金屬片窩成，矩形槽套在固定安裝在機身蒙皮上導軌的耳片上，插銷端部的圓筒套在曲軸上，可繞曲軸自由轉動。導軌由底板和頂板組成，底板通過鉚釘安裝在機身艙門開口處邊緣。導軌在上下兩片板的組合下形成兩端開口大小不一的通道，聯(lián)合底板上彎折的耳片共同為插銷在其中的穿插運動作導向和限幅。卡扣安裝在艙門上，可繞其在艙門上的安裝孔作旋轉運動，從而實現(xiàn)鎖定組件的鎖定和開啟動作。
[0010]機構的運行原理:整個艙門機構由合頁組件、搖桿組件和鎖定組件等三個組件組成，該機構主要的機構形式是搖桿搖塊機構，它是一種簡單的平面四桿機構。當打開或關閉艙門時，固聯(lián)的艙門與搖桿的運動相當于機構的搖桿部分運動，搖桿繞鉸鏈中心即合頁銷的中間孔轉動，從而使曲軸的中間突出部分帶動插銷運動，即搖塊部分的運動，配合卡扣的轉動便可實現(xiàn)艙門的鎖定機構的開啟和鎖定。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0012]該艙門機構可有效地實現(xiàn)具有較薄且曲面造型復雜的外型的無人飛行器的設備艙門的開啟、關閉及鎖定等功能，解決了復雜曲面造型結構的艙門啟閉的設計問題，也為艙門的保險鎖定提供良好的解決方案。同時也有效地避免了傳統(tǒng)采用快卸螺栓的方法中需要拆裝大量快卸螺栓才能完成艙門的開啟和關閉以及需要頻繁拆卸和挪動艙門等缺點，大大提高了飛行器使用和維護的效率、可靠性及安全性等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為合頁組件圖；
[0014]圖2為搖桿組件圖；
[0015]圖3為鎖定組件圖；
[0016]圖4為艙門機構裝配總圖；
[0017]圖5a為艙門機構關閉狀態(tài)圖；
[0018]圖5b為艙門機構開啟狀態(tài)圖；
[0019]圖6a為鎖定組件卡扣關閉狀態(tài)圖；
[0020]圖6b為鎖定組件卡扣開啟狀態(tài)圖；
[0021]圖6c為鎖定組件插銷動作過程狀態(tài)圖；
[0022]圖6d為鎖定組件插銷完全開啟狀態(tài)圖；
[0023]圖7a為艙門關閉效果圖；(外看)
[0024]圖7b為艙門開啟效果圖；(外看)
[0025]圖7c為艙門關閉效果圖；(內看)
[0026]圖7d為艙門開啟效果圖；(內看)
[0027]圖中具體標號的含義如下:
[0028]01合頁組件；02搖桿組件；03鎖定組件；
[0029]①合頁合頁銷；③曲軸；④搖桿；⑤插銷；⑥導軌；⑦卡扣姻左艙門；⑨右艙門；⑩機身蒙皮。

【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構。
[0031]圖1、圖2和圖3分別是合頁組件01、搖桿組件02和鎖定組件03的拆分示意圖。合頁組件01由合頁①和合頁銷②組成；搖桿組件02由兩個搖桿④和曲軸③裝配而成；鎖定組件03由插銷⑤、導軌⑥和卡扣⑦三個零件組成。
[0032]圖4為艙門機構的裝配總圖。兩套合頁組件01通過鉚釘或螺栓固定安裝在機身艙門開口處的蒙皮上，合頁①的圓筒中套有可任意轉動的合頁銷②，合頁銷②中間鉆有一個徑向的通孔，用于安裝曲軸③。曲軸③為中空的薄壁鋁管，有兩個折彎轉角，兩頭部分處于一條直線上，曲軸③中間段是為鎖定組件02中插銷⑤的安裝而設計。搖桿④是也是折彎件，一端的圓筒套在曲軸③的兩頭，并根據(jù)設計以一定的角度和位置固聯(lián)在曲軸③上，搖桿
④的另一端則設計成能與艙門安裝的曲面造型，采用數(shù)模加工，可與艙門的曲面緊密貼合。插銷⑤一頭套在曲軸中段，并可以繞曲軸③旋轉，同時穿過導軌⑥，和導軌⑥、曲軸③一同形成一個搖塊機構。導軌⑥利用鉚釘?shù)劝惭b在機身艙門的開口邊緣處，導軌⑥兩頭的開口尺寸不一樣，呈喇叭狀。如圖4中，左邊開口較大，右邊開口較小，剛好可以讓插銷⑤自由穿過但不出現(xiàn)大的晃動。導軌⑥的底板左端有折彎的耳片，用于穿插在插銷⑤的矩形槽中，給插銷⑤在運動過程中做豎直方向上的定位作用?？邰哂墒直?、轉軸和卡塊組成，卡扣⑦安裝在艙門上，可繞安裝孔自由轉動，用以卡住插銷槽來鎖定艙門。
[0033]本發(fā)明一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構主要的機構形式是搖桿搖塊機構，它是一種簡單的平面四桿機構。其機構運動原理為:當打開或關閉艙門時，固聯(lián)的艙門與搖桿④的運動相當于搖桿搖塊機構的搖桿部分運動，搖桿④帶動曲軸③繞鉸鏈中心即曲軸③與合頁銷②形成的旋轉中心轉動，同時使曲軸③的中間突出部分帶動插銷
⑤運動，即搖桿搖塊機構的搖塊部分的運動，再配合卡扣⑦的轉動便可實現(xiàn)艙門的鎖定機構的開啟和鎖定。其中，本發(fā)明示意圖中實現(xiàn)艙門的完全開啟和關閉之間的角度(即搖桿④與曲軸③所固連形成的結構繞曲軸③和合頁銷②組成的旋轉中心旋轉的角度)為85°左右。
[0034]整套機構靠合頁組件01安裝在蒙皮上，以上下兩個合頁銷②中間的孔所對應的直線作為艙門啟閉的旋轉軸線。如圖5a、b所示，圖5a圖中艙門處于關閉狀態(tài)，鎖定組件03處于鎖定狀態(tài)，卡扣⑦勾住插銷⑤，如圖6a中所示，此時艙門處于鎖定狀態(tài)，即使打開門主鎖(本發(fā)明在圖中未給出艙門主鎖的示意圖，主鎖采用一般門鎖即可，安裝在門中間)也無法打開艙門。當需要打開艙門時，首先打開艙門主鎖，然后將卡扣⑦的手柄旋轉180度，此時艙門鎖定組件03的狀態(tài)如圖6b中所示，即為保險鎖定處于開啟狀態(tài)，便可開啟艙門。開啟過程和開啟后的艙門鎖定組件03的狀態(tài)圖分別如圖6c和圖6d所示，開啟后的艙門及機構狀態(tài)簡圖如圖5b中所示。圖7a、b、C、d為艙門開啟、關閉及鎖定的效果圖，圖7a和圖7b分別為艙門關閉和開啟時艙門外觀效果圖，圖7c和圖7d分別為艙門關閉和開啟時艙門內部效果圖。從圖7a、b、c、d可以看出，本發(fā)明一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構在完全開啟后艙門敞開大，作業(yè)方便；關閉后，艙門各接縫封閉嚴實，而且機構較為緊湊，對設備艙的空間占有少。
[0035]本發(fā)明提出一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構，可有效實現(xiàn)薄壁式復雜曲面造型無人飛行器艙門的啟閉和保險鎖定。適用于此類飛行器上的任何大小艙門、單雙頁艙門等，為薄壁式復雜曲面造型無人飛行器提供了一套簡便而安全可靠艙門機構系統(tǒng)，很大程度上增加了飛行器使用和維護的效率、可靠性及安全性等，對無人飛行器的設計具有一定的意義。
【權利要求】
1.一種薄壁式復雜曲面造型無人飛行器的設備艙門機構，其特征在于:它由合頁組件、搖桿組件和鎖定組件組成；合頁組件中的合頁通過鉚釘或螺栓安裝在機身蒙皮上，鎖定組件中的插銷圓形端套在搖桿組件中的搖桿中部；搖桿組件中的搖桿兩端穿過合頁組件中合頁銷的中部圓孔； 所述合頁組件由合頁和合頁銷組合而成；合頁銷穿過合頁兩頭的圓形套筒，單頁艙門的艙門機構由兩個合頁組件作為曲軸的安裝支點；其中，合頁由薄的鋼片加工而成，兩端窩成圓筒狀，用于安裝合頁銷；合頁銷是中間徑向開有一個安裝孔的圓桿，套在合頁卷筒內，能自由轉動；合頁采用鉚接或螺栓連接方式固定在蒙皮內部，此外，由于合頁相對艙門來說尺寸很小，所以安裝時基本忽略蒙皮曲率的影響； 所述搖桿組件由兩根搖桿和一根曲軸組合而成，曲軸呈凹形，兩端分別穿插在兩個合頁組件的合頁銷中間孔中，曲軸兩端帶有螺紋，用來安裝螺母以保證曲軸不能相對于合頁組件作軸向運動，但保留了曲軸的繞軸旋轉的自由度，能繞合頁銷中間孔作旋轉運動；搖桿為兩片較薄金屬片折彎而成，一端窩成圓筒狀，圓筒套在曲軸的兩頭，另一端是開有4個固定在艙門圓孔的能與艙門緊密貼合的曲面，并在預定的位置和角度安裝固定，使其與曲軸固連成一體，共同沿曲軸的安裝孔作旋轉運動； 所述鎖定組件由插銷、導軌和卡扣組成，但三者沒有固定的連接關系，在實現(xiàn)艙門的啟閉過程中，三者都是相對運動的，而且并非單自由度的運動；插銷由中間開矩形槽的矩形薄金屬片窩成，矩形槽套在固定安裝在機身蒙皮上導軌的耳片上，插銷端部的圓筒套在曲軸上，能繞曲軸自由轉動；導軌由底板和頂板組成，底板通過鉚釘安裝在機身艙門開口處邊緣，導軌在上下兩片板的組合下形成兩端開口大小不一的通道，聯(lián)合底板上彎折的耳片共同為插銷在其中的穿插運動作導向和限幅；卡扣安裝在艙門上，能繞其在艙門上的安裝孔作旋轉運動，從而實現(xiàn)鎖定組件的鎖定和開啟動作。
【文檔編號】B64C1/14GK104192293SQ201410468519
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】蒙志君, 周堯明, 平學壽, 陳旭智, 何維 申請人:北京航空航天大學