專利名稱：一種變體機翼蒙皮及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變體機翼蒙皮，本發(fā)明還涉及這種變體機翼蒙皮的驅(qū)動方式。
背景技術(shù)：
變體飛行器是當(dāng)前飛行器設(shè)計領(lǐng)域里熱門的課題，它打破了傳統(tǒng)飛機設(shè)計理念，能解決當(dāng)前飛行器設(shè)計中所存在的技術(shù)難題。機翼對飛機的升阻比、極限速度、機動性、操控及穩(wěn)定性、經(jīng)濟以及安全性等有極其重要的影響。傳統(tǒng)機翼根據(jù)飛行任務(wù)要求，在設(shè)計時便被固定下來，飛機依靠液壓機械系統(tǒng)等驅(qū)動氣動舵面，實現(xiàn)飛行控制。雖然這種形式的機翼便于實現(xiàn)，但是系統(tǒng)較為復(fù)雜重量大，而且氣動效率不高。因此傳統(tǒng)的飛機的任務(wù)范圍以及適應(yīng)大氣流場變化能力都受到限制。為了追求更高效能的機翼，基于智能結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)機翼(也稱"Morphing Wing"，變體機翼)技術(shù)成為當(dāng)前國內(nèi)外航空科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿。變體機翼能夠在不同飛行狀態(tài)下達到理想的氣動特性，從而顯著助提高飛行器綜合性能，成為未來先進飛行器的發(fā)展方向之一。當(dāng)大變形發(fā)生時，對變體機翼的蒙皮特性要求較高，不但在變形方向需具有較大變形能力，而且在垂直于變形方向上也需要有較強的承載能力。而傳統(tǒng)蒙皮的作用主要是保持機翼氣動外形，承受和傳遞飛行氣動載荷，顯然無法滿足變體機翼的要求。 目前，變體機翼技術(shù)研究中，蒙皮主要采用兩種形式一是采用柔性較大的橡膠類材料制作的蒙皮，這種蒙皮雖滿足機翼變形和氣密性要求，但是，為了提高承載能力，使得機翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式和變形控制很復(fù)雜，而且機翼的整體承載能力不高；另一種采用了分片式可移動的傳統(tǒng)硬蒙皮，這種蒙皮雖滿足機翼承載和變體需求，卻無法滿足機翼表面光滑、連續(xù)和整體氣密性要求，使變體機翼氣動效率打了折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有主動變形能力，在變形方向上柔度高、變形量大，在垂直變形方向上承載能力強的變體機翼蒙皮。 本發(fā)明的另一 目的在于提供這種變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種變體機翼蒙皮，由纖維增強型復(fù)合材料制得，在兩層纖維增強型復(fù)合材料之間設(shè)置有形狀記憶合金驅(qū)動器，所述纖維增強型復(fù)合材料與所述形狀記憶合金驅(qū)動器在室溫時，通常為10 4(TC，一起被壓成波紋構(gòu)型；所述形狀記憶合金驅(qū)動器高溫記憶直線狀，高溫定型溫度為450 55(TC，所述纖維增強型復(fù)合材料為采用預(yù)浸料或纖維(如玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維)與樹脂基體按常規(guī)方法制得。
為了滿足機翼表面光滑、連續(xù)和整體氣密性要求，上層纖維增強復(fù)合材料波谷內(nèi)填充硅基橡膠，所述硅基橡膠常溫可固化。 本發(fā)明所述形狀記憶合金驅(qū)動器可以選用單程形狀記憶合金，也可以選擇雙程形狀記憶合金。 本發(fā)明形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動器中，SMA是智能結(jié)構(gòu)中最先應(yīng)用的一種驅(qū)動元件。它的特點是具有形狀記憶效應(yīng)(SME)，即將這種材料在高溫下定型后，冷卻到低溫(或 室溫)，并施加變形，使它存在殘余變形。如果從變形溫度稍許加熱，就可以使原先存在的殘 余變形消失，并回復(fù)到高溫下所固有的形狀，然后再進行冷卻或加熱，形狀將保持不變。上 述過程可以周而復(fù)始，仿佛合金記住了高溫形態(tài)所賦予的形狀一樣，稱為單程形狀記憶。如 果對材料進行特殊的時效處理，在隨后的加熱和冷卻循環(huán)中，能夠重復(fù)地記住高溫狀態(tài)和 低溫狀態(tài)的兩種形狀，則稱為雙程形狀記憶。 本發(fā)明形狀記憶合金驅(qū)動器采用單程形狀記憶合金時，其具體的驅(qū)動方法為
將變體機翼蒙皮安裝在驅(qū)動導(dǎo)軌上，變體機翼蒙皮的兩側(cè)通過加固片分別安裝一 個彈簧式形狀記憶合金驅(qū)動器，用于提供回復(fù)力，加快回復(fù)速率； 將蒙皮內(nèi)部形狀記憶合金驅(qū)動器與恒流源連接，利用材料本身的電阻對形狀記憶 合金驅(qū)動器加熱，使變體機翼蒙皮伸長；同時通過激光位移傳感裝置及應(yīng)變測量系統(tǒng)測量 變體機翼蒙皮的伸長量和應(yīng)變，確保蒙皮不被破壞；當(dāng)達到應(yīng)變極限或伸長極限時，恒流源 線路被切斷； 恒流源切斷后，與彈簧式形狀記憶合金驅(qū)動器連接的穩(wěn)壓電源線路接通，彈簧式 形狀記憶合金驅(qū)動器高溫條件下變形，對變體機翼蒙皮施加回復(fù)力，蒙皮在自身彈力及彈 簧形狀記憶合金驅(qū)動力下開始回復(fù)。 為了加快變體機翼蒙皮的散熱速度，采用熱電片冷面與形狀記憶合金驅(qū)動器的外 部粘結(jié)，利用上述穩(wěn)壓電源同時與電熱片連接，對蒙皮內(nèi)形狀記憶合金驅(qū)動器進行制冷。
本發(fā)明形狀記憶合金驅(qū)動器采用雙程形狀記憶合金時，其具體的驅(qū)動方法為
將變體機翼蒙皮安裝在驅(qū)動導(dǎo)軌上，將蒙皮內(nèi)形狀記憶合金驅(qū)動器與恒流源連 接，利用材料本身的電阻對形狀記憶合金驅(qū)動器加熱，使變體機翼蒙皮伸長；同時通過激光 位移傳感裝置及應(yīng)變測量系統(tǒng)測量變體機翼蒙皮的伸長量和應(yīng)變，確保蒙皮不被破壞；當(dāng) 達到應(yīng)變極限或伸長極限時，恒流源線路被切斷； 恒流源切斷后，蒙皮在自身彈力及雙程記憶合金的驅(qū)動力下開始回復(fù)。 為了加快變體機翼蒙皮的散熱速度，采用熱電片冷面與形狀記憶合金驅(qū)動器的外
部粘結(jié)，通過穩(wěn)壓電源與電熱片連接，對形狀記憶合金驅(qū)動器進行制冷。由于形狀記憶合金
絲高溫記憶直線狀，低溫(常溫)記憶波紋狀，與波紋蒙皮精密定位粘合后，可驅(qū)動蒙皮伸
縮變形。 本發(fā)明的有益效果為 1、本發(fā)明變體機翼蒙皮采用波紋構(gòu)型，在變形方向柔度高，變形量大，變形響應(yīng)速 度快，在垂直變形方向承載能力強，且結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，性能可靠； 2、本發(fā)明變體機翼蒙皮表面波谷內(nèi)填充硅基橡膠，可以滿足機翼表面光滑、連續(xù) 和整體氣密性要求，提高氣動特性； 3、本發(fā)明變體機翼蒙皮具有主動變形能力，驅(qū)動能力強，控制簡單，可大大減少機 翼變形機構(gòu)對蒙皮的驅(qū)動力； 4、本發(fā)明變體機翼蒙皮利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)，用恒流源進行電加熱 形狀記憶合金驅(qū)動器，使其往高溫形狀變形，并產(chǎn)生驅(qū)動力，使蒙皮變形，回復(fù)時，利用蒙皮 自身彈性回復(fù)力的同時，既可以利用雙程形狀記憶合金驅(qū)動，又可與彈簧形狀記憶合金驅(qū) 動器組成差動結(jié)構(gòu)，加快其回復(fù)速度；
5、本發(fā)明變體機翼蒙皮變形時，有激光位移傳感器和應(yīng)變測試系統(tǒng)測試蒙皮的位 移及應(yīng)變情況，當(dāng)變形到一定程度，恒流源供電停止，蒙皮進入回復(fù)階段；由于蒙皮具有自 主變形能力，可大大降低機翼變形機構(gòu)的驅(qū)動力，在變體機翼領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。


圖1為本發(fā)明變體機翼蒙皮的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明變體機翼蒙皮的驅(qū)動流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實施例的方式，對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明
的保護范圍不局限于所述實施例。 實施例1 如圖1、圖2所示，一種變體機翼蒙皮，由纖維增強型復(fù)合材料1制得，所述纖維增 強型復(fù)合材料采用玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維預(yù)浸料制得，在兩層纖維增強型復(fù)合材料1 之間設(shè)置有形狀記憶合金驅(qū)動器2，所述纖維增強型復(fù)合材料1與所述形狀記憶合金驅(qū)動 器2在l(TC時一起被壓成波紋構(gòu)型；上層纖維增強復(fù)合材料的波谷內(nèi)填充硅基橡膠3 ;所 述形狀記憶合金驅(qū)動器2高溫記憶直線狀；所述形狀記憶合金驅(qū)動器2采用單程形狀記憶
A會 本實施例中變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法為 將變體機翼蒙皮安裝在驅(qū)動導(dǎo)軌上，變體機翼蒙皮的兩側(cè)通過加固片分別安裝一 個彈簧式形狀記憶合金驅(qū)動器，用于提供回復(fù)力，加快回復(fù)速率； 將蒙皮內(nèi)部形狀記憶合金驅(qū)動器與恒流源連接，利用材料本身的電阻對形狀記憶 合金驅(qū)動器加熱，使變體機翼蒙皮伸長；同時通過激光位移傳感裝置及應(yīng)變測量系統(tǒng)測量 變體機翼蒙皮的伸長量和應(yīng)變，確保蒙皮不被破壞；當(dāng)達到應(yīng)變極限或伸長極限時，恒流源 線路被切斷； 恒流源切斷后，與彈簧式形狀記憶合金驅(qū)動器連接的穩(wěn)壓電源線路接通，彈簧式 形狀記憶合金驅(qū)動器在加熱條件下變形，對變體機翼蒙皮施加回復(fù)力，蒙皮在自身彈力及 彈簧形狀記憶合金驅(qū)動力下開始回復(fù)。 采用熱電片冷面與形狀記憶合金驅(qū)動器的外部粘結(jié)，所述穩(wěn)壓電源同時與電熱片 連接，對蒙皮內(nèi)形狀記憶合金驅(qū)動器進行制冷。
實施例2 如圖1、圖2所示，一種變體機翼蒙皮，由纖維增強型復(fù)合材料1制得，所述纖維增 強型復(fù)合材料采用纖維，由玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維與樹脂基體按常規(guī)方法制得，在兩 層纖維增強型復(fù)合材料1之間設(shè)置有形狀記憶合金驅(qū)動器2，所述纖維增強型復(fù)合材料1與 所述形狀記憶合金驅(qū)動器2在4(TC時一起被壓成波紋構(gòu)型；上層纖維增強復(fù)合材料的波谷 內(nèi)填充硅基橡膠3 ;所述形狀記憶合金驅(qū)動器2高溫記憶直線狀；所述形狀記憶合金驅(qū)動器 2采用雙程形狀記憶合金，高溫時記憶直線狀，低溫時記憶波紋狀。
本實施例變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法為 將變體機翼蒙皮安裝在驅(qū)動導(dǎo)軌上，將蒙皮內(nèi)形狀記憶合金驅(qū)動器與恒流源連
5接，利用材料本身的電阻對形狀記憶合金驅(qū)動器加熱，使變體機翼蒙皮伸長；同時通過激光 位移傳感裝置及應(yīng)變測量系統(tǒng)測量變體機翼蒙皮的伸長量和應(yīng)變，確保蒙皮不被破壞；當(dāng) 達到應(yīng)變極限或伸長極限時，恒流源線路被切斷； 恒流源切斷后，蒙皮在自身彈力及雙程記憶合金的驅(qū)動力下開始回復(fù)。 采用熱電片冷面與形狀記憶合金驅(qū)動器的外部粘結(jié)，通過穩(wěn)壓電源與電熱片連
接，對形狀記憶合金驅(qū)動器進行制冷。
權(quán)利要求
一種變體機翼蒙皮，由纖維增強型復(fù)合材料(1)制得，其特征在于在兩層纖維增強型復(fù)合材料(1)之間設(shè)置有形狀記憶合金驅(qū)動器(2)，所述纖維增強型復(fù)合材料(1)與所述形狀記憶合金驅(qū)動器(2)在10～40℃一起被壓成波紋構(gòu)型；所述形狀記憶合金驅(qū)動器(2)高溫記憶直線狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變體機翼蒙皮，其特征在于上層纖維增強復(fù)合材料的波谷內(nèi)填充硅基橡膠(3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變體機翼蒙皮，其特征在于所述形狀記憶合金驅(qū)動器(2)采用單程形狀記憶合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變體機翼蒙皮，其特征在于所述形狀記憶合金驅(qū)動器(2)采用雙程形狀記憶合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法，其特征在于將變體機翼蒙皮安裝在驅(qū)動導(dǎo)軌上，變體機翼蒙皮的兩側(cè)通過加固片分別安裝一個彈簧式形狀記憶合金驅(qū)動器，用于提供回復(fù)力，加快回復(fù)速率；將蒙皮內(nèi)部形狀記憶合金驅(qū)動器與恒流源連接，利用材料本身的電阻對形狀記憶合金驅(qū)動器加熱，使變體機翼蒙皮伸長；同時通過激光位移傳感裝置及應(yīng)變測量系統(tǒng)測量變體 機翼蒙皮的伸長量和應(yīng)變，確保蒙皮不被破壞；當(dāng)達到應(yīng)變極限或伸長極限時，恒流源線路 被切斷；恒流源切斷后，與彈簧式形狀記憶合金驅(qū)動器連接的穩(wěn)壓電源線路接通，對變體機翼 蒙皮施加回復(fù)力，蒙皮在自身彈力及彈簧形狀記憶合金驅(qū)動力下開始回復(fù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法，其特征在于采用熱電片冷面與 形狀記憶合金驅(qū)動器的外部粘結(jié)，所述穩(wěn)壓電源同時與電熱片連接，對蒙皮內(nèi)形狀記憶合 金驅(qū)動器進行制冷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法，其特征在于將變體機翼蒙皮安裝在驅(qū)動導(dǎo)軌上，將蒙皮內(nèi)形狀記憶合金驅(qū)動器與恒流源連接，利 用材料本身的電阻對形狀記憶合金驅(qū)動器加熱，使變體機翼蒙皮伸長；同時通過激光位移傳感裝置及應(yīng)變測量系統(tǒng)測量變體機翼蒙皮的伸長量和應(yīng)變，確保蒙皮不被破壞；當(dāng)達到 應(yīng)變極限或伸長極限時，恒流源線路被切斷；恒流源切斷后，蒙皮在自身彈力及雙程記憶合金的驅(qū)動力下開始回復(fù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法，其特征在于采用熱電片冷面與形狀記憶合金驅(qū)動器的外部粘結(jié)，通過穩(wěn)壓電源與電熱片連接，對 形狀記憶合金驅(qū)動器進行制冷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變體機翼蒙皮，由纖維增強型復(fù)合材料(1)制得，其特征在于在兩層纖維增強型復(fù)合材料(1)之間設(shè)置有形狀記憶合金驅(qū)動器(2)，上層纖維增強復(fù)合材料波谷內(nèi)填充硅基橡膠(3)，用于滿足機翼表面光滑、連續(xù)和整體氣密性要求，所述纖維增強型復(fù)合材料(1)與所述形狀記憶合金驅(qū)動器(2)在室溫時一起被壓成波紋構(gòu)型；所述形狀記憶合金驅(qū)動器(2)高溫記憶直線狀，所述硅基橡膠(3)可常溫固化。本發(fā)明還提供這種變體機翼蒙皮的驅(qū)動方法。本發(fā)明變體機翼蒙皮采用波紋構(gòu)型，在變形方向柔度高，變形量大，變形響應(yīng)速度快，在垂直變形方向承載能力強，且結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，性能可靠。
文檔編號B64C3/26GK101708772SQ20091023439
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者卞侃, 張立, 牟常偉, 王幫峰, 蘆吉云, 陸孟雄 申請人:南京航空航天大學(xué)