專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機(jī)蒙皮技術(shù)，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)。
(二)
背景技術(shù)：
目前世界上各國(guó)現(xiàn)役的有翼航空飛行器，其翼結(jié)構(gòu)基本都是不不可變的，僅有少數(shù)型號(hào) 如美國(guó)的f-lll、 f-14,俄羅斯的米格-23等是可變后掠角的。真正意義上獨(dú)立于后掠角的翼 面積可變飛行器還不存在。上述幾種型號(hào)飛機(jī)的機(jī)翼面積的有限變化是通過后掠角改變后使 一部分翼面收入或移出機(jī)翼固定部分或機(jī)身來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
要實(shí)現(xiàn)翼平面的變形必須以下兩個(gè)關(guān)鍵過程為基礎(chǔ)k骨架變形；2、蒙皮協(xié)同。翼內(nèi)
部骨架結(jié)構(gòu)即是承載的主要結(jié)構(gòu)也是形成氣動(dòng)表面的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部也需要一定的空間安 裝其他零件和設(shè)備，令其從一種形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N形狀后仍具有相當(dāng)?shù)某休d能力，通過一 定的機(jī)械結(jié)構(gòu)總能夠?qū)崿F(xiàn)，并且通過智能材料在其中的應(yīng)用可以大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量和安裝 空間。但是蒙皮的協(xié)同變形就變得非常的困難，因?yàn)槿绻麖囊环N形狀向另外一種形狀變化， 蒙皮仍然按照原有的約束方式固定，蒙皮本身雖然帶有一定的柔性，其可變形的程度是非常 有限的，在這種條件下如果強(qiáng)行使骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，由于蒙皮與骨架之間的約束關(guān)系，同 無(wú)蒙皮的情況下相比將使骨架變形的阻力驟然增加，并且變形完成后蒙皮將發(fā)生幾種不同的 失效形式。當(dāng)整個(gè)的面積由大變小時(shí)，蒙皮不能被大幅度壓縮，變形后的表面蒙皮將出現(xiàn)褶 鈹現(xiàn)象；當(dāng)整個(gè)面積由小變大時(shí)，蒙皮不能被大幅度拉伸，變形后，局部表面將出現(xiàn)蒙皮的 破損；當(dāng)發(fā)生表面的幾何形狀復(fù)雜變化時(shí)，將同時(shí)出現(xiàn)褶皺和破損現(xiàn)象。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種當(dāng)蒙皮發(fā)生表面的幾何形狀復(fù)雜變化時(shí)，能夠大幅度拉伸或壓 縮，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)褶皺和破損現(xiàn)象的可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由蒙皮重疊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格狀編織構(gòu)成，每個(gè)蒙皮重疊結(jié)構(gòu)都 緊貼不存在空隙，蒙皮重疊結(jié)構(gòu)的側(cè)面設(shè)置有蒙皮收放結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征
1、 所述的蒙皮重疊結(jié)構(gòu)由單條蒙皮重疊構(gòu)成，為多層滑道結(jié)構(gòu)并使多層柔性蒙皮完全重 疊為一層；
2、 所述的蒙皮收放結(jié)構(gòu)為蒙皮可以巻入和巻出收放結(jié)構(gòu)，包括輥?zhàn)雍兔善ご鎯?chǔ)艙，蒙皮 重疊結(jié)構(gòu)連接輥?zhàn)樱?br> 3、 所述的蒙皮為柔性薄膜材料，相互重疊的蒙皮尺寸相同；
4、 所述的蒙皮變形時(shí)在同一座標(biāo)方向是的變形比例是相同的；
5、 所述的蒙皮的重疊層數(shù)即為可變面積的倍數(shù)。
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)大面積翼平面的變形，利用編織結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。蒙皮收放結(jié)構(gòu)中使用輥?zhàn)?和蒙皮存儲(chǔ)艙，使柔性蒙皮可以巻入和巻出收放結(jié)構(gòu)；蒙皮重疊結(jié)構(gòu)使用多層滑道結(jié)構(gòu)使多 層柔性蒙皮可以實(shí)現(xiàn)完全重疊為一層；蒙皮單元為柔性薄膜材料，相互重疊的蒙皮尺寸相同； 當(dāng)蒙皮發(fā)生表面的幾何形狀復(fù)雜變化時(shí)，能夠大幅度拉伸或壓縮，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)褶皺和破損 現(xiàn)象。
(四)


圖1為三層蒙皮重疊組合結(jié)構(gòu)的面積變化過程示意圖2為蒙皮收放結(jié)構(gòu)與重疊結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)示意圖3為具體實(shí)施方式
三層蒙皮重疊組合結(jié)構(gòu)的面積變化過程示意圖4為不規(guī)則形狀的面積變化過程示意圖5為翼平面變形的網(wǎng)格設(shè)計(jì)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
結(jié)合圖2，本實(shí)施例由蒙皮重疊結(jié)構(gòu)2網(wǎng)格狀編織構(gòu)成，每個(gè)蒙皮重疊結(jié)構(gòu)2都緊貼不存 在空隙，蒙皮重疊結(jié)構(gòu)2的側(cè)面設(shè)置有蒙皮收放結(jié)構(gòu)1。蒙皮重疊結(jié)構(gòu)由單條蒙皮重疊構(gòu)成， 為多層滑道結(jié)構(gòu)并使多層柔性蒙皮完全重疊為一層；蒙皮收放結(jié)構(gòu)為蒙皮可以巻入和巻出收 放結(jié)構(gòu)，包括輥?zhàn)雍兔善ご鎯?chǔ)艙，蒙皮重疊結(jié)構(gòu)連接輥?zhàn)印?br> 本實(shí)施例為了實(shí)現(xiàn)大面積的變形，利用編織結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)翼面積需要發(fā)生較大變化時(shí)， 這種變化往往是兩個(gè)方向的(二維)，比一維的情況要復(fù)雜很多。這種蒙皮收放組合結(jié)構(gòu)由若 干個(gè)單獨(dú)的蒙皮收放結(jié)構(gòu)編織構(gòu)成，圖2-4中為了將結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚，蒙皮間留有一定的空隙， 實(shí)際的設(shè)計(jì)中，每一個(gè)蒙皮單元都是緊貼的不存在空隙，這樣，當(dāng)組合結(jié)構(gòu)向一個(gè)方向收放 蒙皮時(shí)，必然受到另一個(gè)方向蒙皮的阻擋，這就需要每個(gè)蒙皮單元由若干個(gè)單條蒙皮重疊而 成，重疊的層數(shù)越多，變形的幅度越大， 一般如果重疊三層，那么在該方向上的面積變形最 大可以達(dá)到三倍。圖1中就是三層單條蒙皮重疊后面積縮小三倍的過程。
這種變形方案的設(shè)計(jì)前提是翼平面變形前后的基本幾何形狀不變。例如，梯形翼變形后 仍為梯形翼，三角翼變形后仍為三角翼。
為了實(shí)現(xiàn)大面積的變形，擬利用多個(gè)簡(jiǎn)單伸縮翼的主要結(jié)構(gòu)的組合構(gòu)成編織結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)翼面積需要發(fā)生較大變化時(shí)，這種變化往往是兩個(gè)方向的(二維)，比一維的情況要復(fù) 雜很多。這種蒙皮收放組合結(jié)構(gòu)由若干個(gè)單獨(dú)的蒙皮收放結(jié)構(gòu)編織構(gòu)成，每一個(gè)蒙皮單元都
是緊貼的不存在空隙，這樣，當(dāng)組合結(jié)構(gòu)向一個(gè)方向收放蒙皮時(shí)，必然受到另一個(gè)方向蒙皮 的阻擋，這就需要每個(gè)蒙皮單元由若干個(gè)單條蒙皮重疊而成，重疊的層數(shù)越多，變形的幅度 越大， 一般如果重疊三層，那么在該方向上的面積變形最大可以達(dá)到三倍。圖1中就是三層 單條蒙皮重疊后面積縮小三倍的過程。
這樣通過蒙皮收放結(jié)構(gòu)與蒙皮重疊結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)用(圖2)，蒙皮收放結(jié)構(gòu)進(jìn)行收放蒙皮 的同時(shí)，對(duì)單條蒙皮進(jìn)行重疊，二者通過適當(dāng)?shù)耐教幚砭涂梢詫?shí)現(xiàn)蒙皮面積的大幅變化。 圖3是三層蒙皮重疊組合結(jié)構(gòu)面積由大變小的變形過程，此變形過程亦可逆。
以上是規(guī)則的四變形的面積變化過程，當(dāng)翼平面面積發(fā)生較大的變化時(shí)，這種四邊形的 面積變化是實(shí)現(xiàn)整個(gè)翼面積變形的重要組成部分，當(dāng)翼平面由非直角四邊形組成時(shí)，也可以 通過這種結(jié)構(gòu)配合邊緣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)(圖4)。
若要對(duì)圖5中翼面積形狀1向翼面積形狀2變形進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用坐標(biāo)網(wǎng)格對(duì)蒙皮編織結(jié) 構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)是方便快捷的。在坐標(biāo)網(wǎng)格下，翼面積形狀l向翼面積形狀2變形時(shí)，其在x方 向上表現(xiàn)為增大，在y方向上表現(xiàn)為減小，并且增大和減小的系數(shù)均小于2，所以重疊蒙皮 只需要2層即可以滿足變形要求。整個(gè)變形結(jié)構(gòu)的邊緣設(shè)置依據(jù)翼面積形狀1內(nèi)的整數(shù)網(wǎng)格 為準(zhǔn)，勾繪出編織結(jié)構(gòu)的邊緣形狀，這種邊緣形狀在x、 y兩個(gè)方向上的變形均是分別按照統(tǒng) 一比例完成的。設(shè)計(jì)網(wǎng)格越密集其邊緣形狀越細(xì)膩，形狀也越接近目標(biāo)形狀。在編織結(jié)構(gòu)的 邊緣與目標(biāo)形狀之間，采用可以產(chǎn)生較小幅度變形的彈性材料或智能材料連接。連接部分的 變形大小仍然與網(wǎng)格密度相關(guān)，當(dāng)網(wǎng)格稀疏時(shí)，網(wǎng)格較大，邊緣形狀粗糙，連接部分需要的 變形較大；網(wǎng)格密集時(shí)，網(wǎng)格較小，邊緣形狀細(xì)膩連接部分需要的變形較小。設(shè)計(jì)時(shí)不能一 味追求網(wǎng)格的密集，過密的網(wǎng)格會(huì)使收放結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加，也不能網(wǎng)格太稀，過于粗糙的 邊緣會(huì)使連接部分無(wú)法向目標(biāo)形狀過渡。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于它是由蒙皮重疊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格狀編織構(gòu)成，每個(gè)蒙皮重疊結(jié)構(gòu)都緊貼不存在空隙，蒙皮重疊結(jié)構(gòu)的側(cè)面設(shè)置有蒙皮收放結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的蒙皮重疊結(jié) 構(gòu)由單條蒙皮重疊構(gòu)成，為多層滑道結(jié)構(gòu)并使多層柔性蒙皮完全重疊為一層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的蒙皮收放結(jié) 構(gòu)為蒙皮可以巻入和巻出收放結(jié)構(gòu)，包括輥?zhàn)雍兔善ご鎯?chǔ)艙，蒙皮重疊結(jié)構(gòu)連接輥?zhàn)印?br> 4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的蒙皮為柔性 薄膜材料，相互重疊的蒙皮尺寸相同。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的蒙皮變形時(shí) 在同一座標(biāo)方向是的變形比例是相同的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的蒙皮的重疊 層數(shù)即為可變面積的倍數(shù)。 .
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可以實(shí)現(xiàn)大面積變形的蒙皮結(jié)構(gòu)。它是由蒙皮重疊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格狀編織構(gòu)成，每個(gè)蒙皮重疊結(jié)構(gòu)都緊貼不存在空隙，蒙皮重疊結(jié)構(gòu)的側(cè)面設(shè)置有蒙皮收放結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)大面積的變形，利用編織結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。蒙皮收放結(jié)構(gòu)中使用輥?zhàn)雍兔善ご鎯?chǔ)艙，使柔性蒙皮可以卷入和卷出收放結(jié)構(gòu)；蒙皮重疊結(jié)構(gòu)使用多層滑道結(jié)構(gòu)使多層柔性蒙皮可以實(shí)現(xiàn)完全重疊為一層；蒙皮單元為柔性薄膜材料，相互重疊的蒙皮尺寸相同；當(dāng)蒙皮發(fā)生表面的幾何形狀復(fù)雜變化時(shí)，能夠大幅度拉伸或壓縮，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)褶皺和破損現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B64C3/26GK101367434SQ20081013725
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者東 于, 張博明, 戴福洪, 軍 梁, 解維華, 趙海濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)