一種具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，包括主翼、后梁和變彎度后緣段，所述變彎度后緣段通過后梁與主翼相連接，所述的變彎度后緣段包括上表面蒙皮和下表面蒙皮，上表面蒙皮的第一端和下表面蒙皮的第一端分別與后梁相連接，上表面蒙皮的另一端和下表面蒙皮的另一端通過剛性尾緣相連接，上表面蒙皮和下表面蒙皮靠近剛性尾緣的部分通過一個滑動機構(gòu)相連接，所述的滑動機構(gòu)通過形狀記憶驅(qū)動件與后梁連接。本發(fā)明技術(shù)方案的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼同現(xiàn)有的類似機翼相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、研制成本低、飛行性能高等優(yōu)點，可以大幅提高飛行器的氣動性能，提高了飛行器的氣動效率，可以降低油耗，減少全壽命期的使用成本。
【專利說明】一種具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種機翼結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種具有自適應(yīng)性能的機翼結(jié)構(gòu)。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]提高飛機氣動性能，實現(xiàn)高效、靈活、安全的飛行一直都是飛機設(shè)計人員研究的重點，伴隨著飛行器飛行速度的提高和飛行任務(wù)的多樣化，控制面從早期的可變形操縱面被普遍使用的前、后緣襟翼等舵面取代。時至今日，利用舵面操縱也面臨著難以適應(yīng)某些飛行狀態(tài)的困擾。由于機翼本身仍舊是近似剛性的，難以根據(jù)飛行器飛行條件實時調(diào)節(jié)機翼的氣動性能，并且前、后緣控制面采用了較為復(fù)雜的鉸鏈系統(tǒng)，不僅增加了飛機重量還容易引起振動、噪聲以及結(jié)構(gòu)疲勞破壞，使飛行器的操縱性和機動性受到極大限制，而自然界中的鳥類卻可以隨時根據(jù)飛行需要調(diào)整自身的飛行狀態(tài)，藉此保持較高的效率。自適應(yīng)機翼就是人類受鳥類飛行的啟發(fā)，以智能材料與結(jié)構(gòu)，高效作動器、傳感器等技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運用空氣動力學(xué)、現(xiàn)代信息技術(shù)、飛行器多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計、現(xiàn)代控制理論等學(xué)科和技術(shù)，通過實現(xiàn)“按需變形”的要求來提高飛行器性能以適應(yīng)飛行器飛行條件和飛行任務(wù)的改變，從而始終保持飛行所需的最佳氣動外形。
[0004]現(xiàn)有自適應(yīng)機翼變彎度后緣結(jié)構(gòu)尚無進(jìn)入實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，主要缺點是機翼結(jié)構(gòu)與蒙皮的兼容性太差，難以集成；變形模式多采用機械形式，機構(gòu)復(fù)雜、重量大；具有連續(xù)、光滑變形同時能夠承載的柔性蒙皮在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、疲勞特性以及兼容性上有較大缺陷，難以實際應(yīng)用。此外，還要用有一套穩(wěn)定、可靠的驅(qū)動裝置，才能實現(xiàn)飛機飛行過程中，機翼根據(jù)飛行狀態(tài)改變自身彎度。這些要求同時實現(xiàn)，大大提高了結(jié)構(gòu)重量，增加了機構(gòu)復(fù)雜程度，提高了研制成本和技術(shù)難度。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種可以實現(xiàn)自適應(yīng)機翼變彎度后緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，它可以解決現(xiàn)有自適應(yīng)機翼存在的結(jié)構(gòu)/蒙皮不兼容、變形機構(gòu)復(fù)雜、重量大、研制成本高、柔性蒙皮可靠性差的問題。
[0007]技術(shù)方案
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼包括主翼、后梁和變彎度后緣段，所述變彎度后緣段通過后梁與主翼相連接，所述的變彎度后緣段包括上表面蒙皮和下表面蒙皮，上表面蒙皮的第一端和下表面蒙皮的第一端分別與后梁相連接，上表面蒙皮的另一端和下表面蒙皮的另一端通過剛性尾緣相連接，上表面蒙皮和下表面蒙皮靠近剛性尾緣的部分通過一個滑動機構(gòu)相連接，所述的滑動機構(gòu)通過形狀記憶驅(qū)動件與后梁連接。
[0008]更進(jìn)一步地，所述的滑動機構(gòu)由滑動連接的滑塊和導(dǎo)軌組成，其中滑塊固定在上表面蒙皮靠近剛性尾緣的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)軌固定在下表面蒙皮靠近剛性尾緣的內(nèi)側(cè)。所述的滑塊和導(dǎo)軌通過內(nèi)部的軸承相連接，形成直線運動副。
[0009]更進(jìn)一步地，所述的下表面蒙皮與剛性尾緣之間設(shè)有蜂窩芯蒙皮。當(dāng)上下表面蒙皮通過滑塊/滑軌產(chǎn)生相對滑動或剪切滑動，蜂窩芯蒙皮部分被壓縮，從而實現(xiàn)機翼后緣連續(xù)、光滑的向下偏轉(zhuǎn)。
[0010]更進(jìn)一步地，所述的蜂窩芯蒙皮為0泊松比蜂窩芯蒙皮，由纖維增強彈性體層與Ρ0Μ蜂窩芯復(fù)合構(gòu)成。
[0011]更進(jìn)一步地，所述的形狀記憶驅(qū)動件由第一、第二形狀記憶合金絲組成，所述的第一形狀記憶合金絲第一端與后梁連接，第二端與滑塊連接；所述的第二形狀記憶合金絲第一端與后梁連接，第二端與導(dǎo)軌連接。
[0012]更進(jìn)一步地，上表面蒙皮和下表面蒙皮材料為玻璃/環(huán)氧復(fù)合材料。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案中，利用形狀記憶合金絲作為蒙皮變形的驅(qū)動器，驅(qū)動蒙皮直接變形，其中，上、下表面蒙皮通過滑塊/導(dǎo)軌機構(gòu)實現(xiàn)相對滑動，最終實現(xiàn)機翼后緣的變彎度。第形狀機翼合金絲帶動上表面蒙皮向下偏轉(zhuǎn)時，第二形狀記憶合金絲不工作。同時，通過滑塊、滑軌機構(gòu)，下表面蒙皮也隨著向下偏轉(zhuǎn)。上下表面蒙皮通過滑塊/滑軌產(chǎn)生相對滑動或剪切滑動，則蜂窩蒙皮部分被壓縮，從而實現(xiàn)機翼后緣連續(xù)、光滑的向下偏轉(zhuǎn)。反之，可以實現(xiàn)后緣的向上偏轉(zhuǎn)。
[0014]有益效果
本發(fā)明技術(shù)方案的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼同現(xiàn)有的類似機翼相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、研制成本低、飛行性能高等優(yōu)點，可以大幅提高飛行器的氣動性能，提高了飛行器的氣動效率，可以降低油耗，減少全壽命期的使用成本。在自適應(yīng)變彎度后緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中，最重要的因素之一是一種屈服強度與彈性模量之比極高的玻璃/環(huán)氧復(fù)合物，玻璃/環(huán)氧復(fù)合物在航空航天中應(yīng)用廣泛，設(shè)計技術(shù)成熟，通過專門設(shè)計可以得到自適應(yīng)機翼變彎度后緣所需的結(jié)構(gòu)形式。同時，本發(fā)明借助現(xiàn)有的玻璃/環(huán)氧復(fù)合物設(shè)計手段，可以大幅降低研發(fā)成本，提高技術(shù)可行性。根據(jù)柔順機構(gòu)學(xué)提出的柔性材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明采用的玻璃/環(huán)氧復(fù)合物，其屈服強度與彈性模量之比高達(dá)29，遠(yuǎn)高于一般金屬或復(fù)合材料(普通鋼材為7-8)，具有可靠性高、低密度和低成本等有點。從長遠(yuǎn)來看，采用自適應(yīng)機翼變彎度后緣結(jié)構(gòu)，能夠在大的飛行包線內(nèi)保證氣動特性的最優(yōu)化，提高燃油效率、改善飛行品質(zhì)、提升安全性能、提高升阻比、減小轉(zhuǎn)彎半徑、改善操縱性，還可以免去傳統(tǒng)舵面復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，降低氣動噪聲等。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一個實施例的具有自適應(yīng)變彎度后緣自的機翼整體視圖；
圖2是圖1所示實施例中變彎度后緣局部視圖；
圖3是圖2的正視圖；
圖4是圖1所示的實施例中后緣向下偏轉(zhuǎn)10°時的正視圖。
[0017]

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0019]如圖1、圖2所示，本實施例的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，包括主翼1、后梁2和變彎度后緣段3，所述變彎度后緣段3通過后梁2與主翼1相連接，所述的變彎度后緣段3包括上表面蒙皮5和下表面蒙皮6,上表面蒙皮5的第一端和下表面蒙皮6的第一端分別與后梁2相連接，上表面蒙皮5的另一端和下表面蒙皮6的另一端通過剛性尾緣4相連接，上表面蒙皮5和下表面蒙皮6靠近剛性尾緣4的部分通過一個滑動機構(gòu)相連接，所述的滑動機構(gòu)通過形狀記憶驅(qū)動件與后梁2連接。
[0020]如圖2、圖3所示，所述的滑動機構(gòu)由滑動連接的滑塊7和導(dǎo)軌8組成，其中滑塊7固定在上表面蒙皮5靠近剛性尾緣4的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)軌8固定在下表面蒙皮6靠近剛性尾緣4的內(nèi)側(cè)。下表面蒙皮6與剛性尾緣4之間設(shè)有蜂窩芯蒙皮9。形狀記憶驅(qū)動件由第一形狀記憶合金絲10和第二形狀記憶合金絲11組成，所述的第一形狀記憶合金絲10第一端與后梁2連接，第二端與滑塊7連接；所述的第二形狀記憶合金絲11第一端與后梁2連接，第二端與導(dǎo)軌8連接。
[0021]如圖3、圖4所示，利用形狀記憶合金絲10、11作為蒙皮變形的驅(qū)動器，驅(qū)動由玻璃/環(huán)氧復(fù)合物制造的蒙皮直接變形，上表面蒙皮5和下表面蒙皮6通過滑塊/導(dǎo)軌機構(gòu)實現(xiàn)相對滑動，最終實現(xiàn)機翼后緣的變彎度。如圖4所示，第一形狀機翼合金絲10帶動上表面蒙皮5向下偏轉(zhuǎn)，第二形狀記憶合金絲11不工作。同時，通過滑塊7、滑軌8機構(gòu)，下表面蒙皮6也隨著向下偏轉(zhuǎn)，蜂窩芯蒙皮9部分被壓縮，從而實現(xiàn)機翼后緣段連續(xù)、光滑的向下偏轉(zhuǎn)。反之，可實現(xiàn)機翼后緣段連續(xù)、光滑的向上偏轉(zhuǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，包括主翼(I)、后梁(2)和變彎度后緣段(3)，所述變彎度后緣段(3)通過后梁(2)與主翼(I)相連接，其特征在于，所述的變彎度后緣段(3)包括上表面蒙皮(5)和下表面蒙皮(6),上表面蒙皮(5)的第一端和下表面蒙皮(6)的第一端分別與后梁(2)相連接，上表面蒙皮(5)的另一端和下表面蒙皮(6)的另一端通過剛性尾緣(4 )相連接，上表面蒙皮(5 )和下表面蒙皮(6 )靠近剛性尾緣(4 )的部分通過一個滑動機構(gòu)相連接，所述的滑動機構(gòu)通過形狀記憶驅(qū)動件與后梁(2)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，其特征在于，所述的滑動機構(gòu)由滑動連接的滑塊(7)和導(dǎo)軌(8)組成，其中滑塊(7)固定在上表面蒙皮(5)靠近剛性尾緣(4)的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)軌(8)固定在下表面蒙皮(6)靠近剛性尾緣(4)的內(nèi)側(cè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，其特征在于，下表面蒙皮(6)與剛性尾緣(4)之間設(shè)有蜂窩芯蒙皮(9)。
4.如權(quán)利要求3所述的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，其特征在于，所述的蜂窩芯蒙皮(9)為O泊松比蜂窩芯蒙皮，由纖維增強彈性體層與POM蜂窩芯復(fù)合構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，其特征在于，所述的形狀記憶驅(qū)動件由第一、第二形狀記憶合金絲(10、11)組成，所述的第一形狀記憶合金絲(10)第一端與后梁(2)連接，第二端與滑塊(7)連接；所述的第二形狀記憶合金絲(11)第一端與后梁(2)連接，第二端與導(dǎo)軌(8)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)變彎度后緣的機翼，其特征在于，上表面蒙皮(5)和下表面蒙皮(6)材料為玻璃/環(huán)氧復(fù)合材料。
【文檔編號】B64C3/48GK104443354SQ201410677233
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】裘進(jìn)浩, 聶瑞, 季宏麗 申請人:南京航空航天大學(xué)