具有曲線折紋的飛行器殼體夾層結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】一種飛機(jī)制造及計(jì)算機(jī)圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】的具有曲線折紋的飛行器殼體夾層結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，可用于飛行器，例如客機(jī)、無人機(jī)、火箭、導(dǎo)彈等的殼體，也可用于潛水器，例如潛水艇的殼體。
【專利說明】具有曲線折紋的飛行器殼體夾層結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種飛機(jī)制造及計(jì)算機(jī)圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種便 于在計(jì)算機(jī)程序中實(shí)現(xiàn)的具有曲線折紋的飛行器殼體夾層結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】 諸多研究顯示三維折紙結(jié)構(gòu)具有良好的比強(qiáng)度、吸能特性和隔音特性。基于三維折紙 結(jié)構(gòu)的這些特性，它們已經(jīng)被應(yīng)用于快速空投技術(shù)中，作為投遞物底部的緩沖吸能結(jié)構(gòu)。同 時(shí)，這些結(jié)構(gòu)可以作為一種優(yōu)良的飛行器或者潛水器的殼體夾層結(jié)構(gòu)的夾層，從而取代目 前用得比較廣泛的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。飛行器或者潛水器的殼體截面一般呈圓形（例如火箭、 導(dǎo)彈）或者由數(shù)段圓弧組成的閉環(huán)（例如客機(jī)、潛水艇）。將折紙結(jié)構(gòu)應(yīng)用于這些殼體時(shí)， 一個(gè)重要的技術(shù)問題在于在給定殼體截面的幾何尺寸的情況下，設(shè)計(jì)出與此截面相匹配的 折紙結(jié)構(gòu)。本發(fā)明就是針對這一技術(shù)問題，提出了數(shù)類符合給定殼體幾何尺寸的折紙結(jié)構(gòu) 及其設(shè)計(jì)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種具有曲線折紋的飛行器殼體夾層 結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明所提出的殼體夾層結(jié)構(gòu)可用于飛行器，例如客機(jī)、無人機(jī)、火箭、 導(dǎo)彈等的殼體，也可用于潛水器，例如潛水艇的殼體。
[0003] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0004] 本發(fā)明涉及一種飛行器夾層結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，該夾層結(jié)構(gòu)由內(nèi)殼、外殼以及夾在 內(nèi)外殼之間的多個(gè)具有折紙結(jié)構(gòu)的夾層組成。
[0005] 所述的夾層通過以下方式實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟一：根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑Rin、外徑Rtjut，內(nèi)殼的厚度t in、外殼的厚度tex以及段 長Iseg計(jì)算所需夾層的外徑ri，內(nèi)徑A以及長度I :ri = 內(nèi)=Rin+tin ;l = lseg。
[0007] 步驟二：確定三維直角坐標(biāo)系的X-Z平面的m個(gè)輸入點(diǎn)Ff，以及y-z平面的n+2個(gè) 輸入點(diǎn)
[0008] 步驟三：根據(jù)輸入點(diǎn)得到折紙結(jié)構(gòu)的mXn個(gè)頂點(diǎn)Vi,」的坐標(biāo)

【權(quán)利要求】
1. 一種飛行器夾層結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，該結(jié)構(gòu)由內(nèi)殼、夕卜殼以及夾在內(nèi)外殼之間的多個(gè) 具有折紙結(jié)構(gòu)的夾層組成，所述的夾層通過以下方式實(shí)現(xiàn)： 步驟一：根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑Rin、外徑Rtjut，內(nèi)殼的厚度tin、外殼的厚度t ex以及段長 Iseg計(jì)算所需夾層的外徑ri，內(nèi)徑A以及長度I :ri = 而=Rin+tin ;1 = Iseg; 步驟二：確定三維直角坐標(biāo)系的X-Z平面的m個(gè)輸入點(diǎn)n.以及y-z平面的n+2個(gè)輸入 點(diǎn)Ff,其中：n = O = …，M+1，其中：M為遠(yuǎn)大于m的自然數(shù)， J 1 L M M J 2mT = 1 ： "具體采用以下任一方式實(shí)現(xiàn)： 2. I)
, j = 〇，1，…，n+1，其中/ = 為大于或等于3的 自然數(shù)； 2. 2) K = I0 0 r + 15，j = 1, ...，n+1，其中：η 小于或等于 -
V-Λ.-, J. 6N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，

^ρβ+β^β；,= β set,
并滿足β > β i以及β > β 2 ;Uj和COk分別是兩個(gè)無限長一維向量U和Ω的第j和第k 個(gè)元素；U= [P6X1 P6xi ...!Iooxi, Ω = [Q6xi Q6xi ..Jooxi ;6X1 向量P和 Q 為 P = [r+δ Γ- δ χ- 5 ^ I^ f) f) 8?_Ω=Γβ· R R , R , R R1] · 2.3 j = l，...，n + l， 其中：n小于或等于3N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，= $ β+2^
， 限長一維向量U和Ω的第j和第k個(gè)元素 ，U = [P3Xi P3xi . . . ] Ω = [Q3Xi Q3xi ? · · ] ?ο X1，3X 1 向量 P 和 Q 分別為 P = [r+δ r+δ r-δ ]，Q = [ β 1 β β J ；
2.
j = 1，. · ·，η+1,其中： η小于或等于3Ν+1，N為大于或等于3的目然數(shù)，#_ =警，β+2^ = ;
~ "
....... 」和分別是兩個(gè)無限長一維向量 U和 Ω 的第 j 和第 k個(gè)元素 ，U = [P3xi P3xi …]^xi, Ω = [Q3xi Q3xi …]^xi, 3X1 向 量？和〇分別為？=1>-3 1-5 0 3]，(>)=[@16 31];
j = 1，，· · · n+1，其中：η小于或等于 3Ν+1，N為大于或等于3的自然數(shù),氏扣=誓，2 β + β ^ β 2 = β set ;Tf = ((r + δ) cos令+ ft)2 +
\ " f \ & v I 一t~/
Uj和《k分別是兩個(gè)無限長一維向 量U 和 Ω 的第 j 和第 k 個(gè)元素 ，U = [P4X1 P4xi …]^xi, Ω = [Q4xi Q4xi …]^xi, 4X1 向量 P 和 Q 分別為 P = [r+ δ r+ δ r- δ r- δ ]，Q = [ β β 1 β β 2]; 2 . ?
., η+1，其中：η小于或等于5Ν+1，N為大于或等于3的自然數(shù)， Aet=警，β + 2 β J + 2 β 2 = β set ,并滿足 β J > β 2 ； |·| = (γ-S)2,
?k分別是兩個(gè)無限長一維向量U和Ω的第j和第k個(gè)元素 ，U = [P5X1 P5xi . . . ] ^xi ; Ω =[Q5Xi Q5Xi …]=〇χι，5Χ1 向量P 和 Q 分別為 P = [r-δ Γ+δ Γ+δ Γ-δ Γ-δ2]，Q = [β 2 β 1 β β ! β 2]; 2. 7)
= 1，…，η+1，其中：η小于或等 于5Ν+1, N為大于或等于3的自然數(shù)，Aet = $ β +2 β i+2 β 2 = β set并滿足β I > β 2 ;
f 素 ，U = [Ρ5Χ1 P5xi ...Lxi ;Ω = [Q5xi Q5xi ..JooxiJXl 向量P和 Q分別為 P= [r+δ r-δ r-δ r+δ Γ+δ^ ；Q= [β2 β1 β β 2]； 2. 8)
j = 1，…，n+1，其中：η小于或 等于 6Ν+1，N 為大于或等于 3 的自然數(shù)，爲(wèi)= j，2 β +2 β i+2 β 2 = β set ; rf = (r - ?')2;
Uj和ω,分別是兩個(gè)無限長一維向量U和Ω的第j 和第 k 個(gè)元素，U= [P6Xi P6xi ..Jooxi ;Ω = [Q6xi Q6xi ..JooxiAXl 向量 P 和Q 分別 為 p=[rrr+5r;r;r-5];Q=[323 β j β j β β 2]； 2. 9
, j = 1，· · ·，η+1，其中：η 小于或 等于10Ν+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，Aei 2 ￠+2^+2^+2 β 3+2 β4 = Pset，并
u = Lijloxi Ploxi ···」=〇>〇 = Lyloxi y10X1 ···」=〇X1auXi 丨口」重ρwy分別刃P = Lr-?
rrr+δ Γ+δχΓ+δ rrr-δ Γ~δ2],9=[β4 β2 β β χ β. β. β , β β. β,?· 步驟三：根據(jù)輸入點(diǎn)得到折紙結(jié)構(gòu)的mXn個(gè)頂點(diǎn)Vm的坐桐 i = l，2，...，m;j = 1，2，...，11，其中：
c<
y = [〇 I 〇]τ為y坐標(biāo)軸的單位向量，iz = [〇 〇 1]τ為ζ坐標(biāo)軸的單位 向量，11 11表示對向量取模； 步驟四：定義IVu vi+1j或者{νΜ νΜ+1}為一對相鄰頂點(diǎn)；將所有相鄰頂點(diǎn)用直線連 接起來，這些相鄰頂點(diǎn)之間的連接線段即構(gòu)成了折紙結(jié)構(gòu)的折紋，并進(jìn)一步采用計(jì)算機(jī)輔 助實(shí)現(xiàn)夾層制造。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的相鄰頂點(diǎn)是指：以Vq為頂點(diǎn)，則其 相鄰點(diǎn)為{Vi,」vi+1,j}或者{Vi,」H
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的殼體由四部分組成，分別為：頂部以 O1S圓心的圓弧段，其夾層的外、內(nèi)徑分別為r' 1和1·' 2;左側(cè)以O(shè)2為圓心的圓弧段，其 夾層的外、內(nèi)徑分別為r" 1和1·" 2;底部以03為圓心的圓弧段，其夾層的外、內(nèi)徑分別為 r" ' JPr" ' 2;右側(cè)以04為圓心的圓弧段，其夾層的外、內(nèi)徑分別為r" " JPr" " 2; 令 r' i = 21，r' 2=19, r" i = 51，r" 2 = 49, r" ' i = 29. 786, r" ' 2 = 27.786， r" " i = 51，r" " 2 = 49 ;殼體長度I = 11，采用步驟2. 1)的方式分別設(shè)計(jì)頂部、右側(cè)、 底部、左側(cè)的夾層；具體如下： ⑴頂部夾層：耳又m = 2,可知T = 4. 5 ;取M = 100, h = 1，得到101個(gè)χ-ζ平面的輸入 點(diǎn)
= 1，···，101，取N = 40,由公式（5)得到 β = π /40 ;得 到r = 19.9816和δ =〇· 9816 ;取η = 21,得到23個(gè)y-z平面的輸入點(diǎn)：巧=[19.9816 +
j = 0，1，·22 ;得到101X21個(gè)頂點(diǎn)Vy的坐標(biāo)； (ii) 左、右側(cè)夾層：由于左、右側(cè)夾層具有相同的幾何尺寸，因此僅需設(shè)計(jì)一側(cè) 的夾層即可；取m = 2,可知T = 4. 5;取M = 100, h = 1，得到101個(gè)χ-ζ平面的 輸入點(diǎn)：i
\ i = 1，…，101 ;取 N = 80,得到 β = π /80 ; 計(jì)算得到r = 49. 9906和δ = 〇. 9906 ;取η = 21，得到23個(gè)y-z平面的輸入點(diǎn)：
j =0，1，…，22;計(jì)算得到101 X 21個(gè)頂點(diǎn)Vi, j的 坐標(biāo)； (iii) 底部夾層：取m = 2,可知T = 4. 5;取M = 100, h = 1，得到101個(gè)χ-ζ平 面的輸入點(diǎn)
^ i = 1，...，101 ;取 N = 40,得到 β = π /40 ; 計(jì)算得到r = 28. 7681和δ = 〇. 9821 ;取η = 41，得到43個(gè)y-z平面的輸入點(diǎn)：
j = 0，1，…，42 ;計(jì)算得到101X41個(gè)頂點(diǎn)Vy的 坐標(biāo)；將上述得到的四部分夾層按順序首尾相連，即得到所述殼體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的計(jì)算機(jī)輔助制造包括：制造與折紙結(jié) 構(gòu)對應(yīng)的模具，利用模具對平面板材進(jìn)行成型；利用三維打印技術(shù)打??；利用與制造蜂窩 芯材類似的辦法，即先利用可以方便折疊的材料進(jìn)行手工折疊，然后再浸入膠水中對折疊 好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行定型和加固。
5. -種飛行器殼體夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備 得到。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的夾層結(jié)構(gòu)，其特征是，所述夾層之間通過中間殼面隔開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的夾層結(jié)構(gòu)，其特征是，所述夾層采用金屬、合成材料、碳纖維 材料或紙制成。
【文檔編號】G06F19/00GK104376190SQ201310354655
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】周翔, Y·衷, 汪海 申請人:上海交通大學(xué)