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一种可改变机翼后掠角的飞行器，它涉及一种飞行器。针对现有的变后掠翼飞行器存在机翼转动机构复杂、重量大、研制成本高、操作难度大、飞行性能低的问题。本发明的机身(1)两侧突出的部位装有销轴(4)，机翼(2)的首端通过销轴(4)与机身(1)连接，销轴(4)后面的机身(1)上固定装有两个沿机身(1)轴线对称设置的形状记忆合金棒(5)，形状记忆合金棒(5)的两端分别与相对应的连杆(6)的一端连接，连杆(6)的另一端与滑块(7)铰接，滑块(7)与设置在机翼(2)上的滑槽(8)滑动连接，机翼(2)的外表面用形状记忆聚合物蒙皮(3)密封。本发明利用形状记忆合金棒作为机翼变形的驱动源，其质量轻、机构简单、维修方便，通过机翼后掠角的变化解决了飞行器高、低速性能要求的矛盾。

Description

一种可改变机翼后掠角的飞行器
技术领域
本发明涉及一种改变后掠角的飞行器，属于航空技术领域。
背景技术
机翼是飞行器在飞行中可重新构型的主要部件。在飞行中有目地的改变机翼外形(如机翼后掠角、翼展和翼型等)可以有效地增加机翼的飞行性能。其中，改变翼展和机翼面积的效果最为突出。比如，飞机在巡航时通常要求机翼具有高展弦比、大机翼面积和较小的后掠角，而要想高速飞行，就要求低展弦比、小机翼面积和较大的后掠角。在飞机飞行过程中，当垂直于机翼前缘的气流速度接近音速时，机翼上表面局部气流速度将超过音速，出现激波，使飞行阻力急剧增加。后掠翼飞机由于与机翼前缘垂直的气流速度分量低于飞行速度，与平直机翼飞机相比，只有在更高的飞行速度下才会出现激波，从而推迟了激波的产生。即使产生激波，也能减弱激波强度，减小飞行阻力。现代超音速飞机广泛采用的大后掠机翼，超音速阻力较小，但低速时气动效率低，升力特性不好，用低速性能好的小后掠角机翼又会使超音速性能变坏。飞机在起飞着陆和低速飞行时用较小的后掠角，因而具有较高的低速巡航效率和较大的起飞着陆升力。在超音速飞行时用较大的后掠角，对于减小超音速飞行的阻力很有利。此外，超音速轰炸机和强击机作超低空高速飞行时，为了减少不平稳气流引起的颠簸，也要求机翼有大的后掠角，引证1.Bowman，J.，Sanders，B.，and Weisshaar，T.，“Evaluating the Impact of Morphing Technologies on AircraftPerformance，”AIAA Paper 2002-1631，April 2002(1.鲍曼.J，山德斯.B，外斯哈.T，变形技术对飞机性能影响的评估，美国飞机工业协会文章2002-1631，2002.4)。
而现有的变后掠翼飞行器的主要缺点是机翼转动机构复杂、重量大。活动外翼的载荷全部集中在枢轴上，而枢轴又必须灵活地转动。固定翼或机身内部还要留出足够的空间容纳缩进的活动翼部分。固定翼或机身与活动翼之间的缝隙需要有密封罩以减少阻力。此外，还要有一套强有力的驱动装置，在飞行中才能快速地改变后掠角。但这些同时又带来结构重量的增加和一部分性能的降低，而且提高了研制成本和技术难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种可改变机翼后掠角的飞行器，它可解决现有的变后掠翼飞行器存在机翼转动机构复杂、重量大、研制成本高、操作难度大、飞行性能低的问题。
本发明由机身、机翼、形状记忆聚合物蒙皮、销轴、形状记忆合金棒、连杆、滑块组成；所述机身两侧突出的部位装有销轴，机翼的首端通过销轴与机身连接，销轴后面的机身上固定装有两个沿机身的轴线对称设置的形状记忆合金棒，形状记忆合金棒的两端分别与相对应的连杆的一端连接，连杆的另一端与滑块铰接，滑块与设置在机翼上的滑槽滑动连接，机翼的外表面用形状记忆聚合物蒙皮密封。
本发明具有以下有益效果：在本发明中，利用形状记忆合金棒作为机翼后掠的驱动源，通过形状记忆合金棒与连杆和滑块的配合改变机翼的后掠角。形状记忆合金棒采用电阻丝加热的方法加热，预先给形状记忆合金棒施加一定角度的旋转，当对形状记忆合金棒加热后，热驱动使形状记忆合金棒恢复到原来的形状，带动连杆旋转，使滑块沿机翼上的滑槽滑动，从而驱动机翼转动。因此，本发明同现有的变后掠翼飞行器相比，具有质量轻、机翼转动机构简单、维修方便、研制成本低、容易操作、飞行性能高等优点，从而可以大大地提高武器系统的作战性能和安全性，减少了武器在服役过程中的风险性和维护成本。在变后掠机翼设计中最重要的因素之一是一种称作形状记忆聚合物(SMP)的特殊材料。SMP具有一种特殊的记忆功能，当SMP材料被改变为不同形状布局后，SMP分子将会重新组构以恢复其初始形状，SMP材料的初始形态，也就是它的″记忆″形状是一种刚性体即高模量形态。当SMP材料受热、高频光或电激励后将变成一种低模量弹性体，从而可以任意改变SMP材料的形状。这里，当机翼向后掠时，机翼的前侧与机身连接处的空隙将加大，机翼后侧与机身连接处的空隙将变小，此时机翼前侧的SMP蒙皮将会被拉伸，机翼后侧的SMP蒙皮将会被压缩；当机翼恢复正常的位置时，机翼的前侧与机身连接处的空隙将减小，机翼后侧与机身连接处的空隙将增大，此时可以通过热、高频光或电激励SMP，使其恢复原来的形状即机翼前侧的SMP蒙皮缩短，机翼后侧SMP蒙皮伸长，进而适应机翼的位置变化，使机翼与机身始终保持密封连接。本发明所采用的SMP具有应变量大(最大能达到200％)、回复应力较大(能达到10MPa量级)、运动稳定性好、可靠性高、低密度、高刚度、高强度和低成本等优点。从长远来看，这种机翼外形上的变化能够使飞行器达到更高的速度，并且拥有高燃油效率、高飞行质量、高安全性能，以及更好的可操作性、更快的着陆速度、适应各种条件的起飞场，实现根据不同任务进行变速、变高度、变飞行参数的飞行，并且具有较长的滞空时间。本发明不仅可以改变机翼形状，利用本发明的相关技术还可以用于可变翼巡航导弹、舰船潜艇结构等军用武器结构中，为实现武器系统的安全化、智能化、自适应化提供有力的基础保障，大大地提高了武器系统(尤其是无人机)的作战性能和安全性，减少了武器服役过程中的风险性和维护成本。
附图说明
图1是本发明的俯视图(机翼后掠角不变)，图2是图1的仰视图，图3是本发明的俯视图(改变机翼后掠角)，图4是图3的仰视图，图5是滑块7与机翼2滑动连接的左视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式由机身1、机翼2、形状记忆聚合物蒙皮3、销轴4、形状记忆合金棒5、连杆6、滑块7组成；所述机身1两侧突出的部位装有销轴4，机翼2的首端通过销轴4与机身1连接，销轴4后面的机身1上固定装有两个沿机身1的轴线对称设置的形状记忆合金棒5，形状记忆合金棒5的两端分别与相对应的连杆6的一端连接，连杆6的另一端与滑块7铰接，滑块7与设置在机翼2上的滑槽8滑动连接，机翼2的外表面用形状记忆聚合物蒙皮3密封。
具体实施方式二：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的形状记忆聚合物是形状记忆聚合物复合材料；所述形状记忆聚合物复合材料由形状记忆聚合物基体相材料和增强相材料组成；所述形状记忆聚合物基体相材料是苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯其中的一种；所述增强相材料是碳纤维、石墨纤维、炭黑、碳纳米管、石墨、铜粉、银粉或铝粉其中的一种；所述形状记忆聚合物的加热方式是直接通电加热或通过电阻丝加热。采用上述形状记忆聚合物，在室温时(低于形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，Tg)弹性模量较大，当加热到形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以上时，形状记忆聚合物蒙皮的弹性模量降低，可塑性增强，在外界应力作用下，形状记忆聚合物蒙皮能被动变形至理想形状；在保持外力约束的情况下将温度降至室温时(＜Tg)，形状记忆聚合物弹性模量升高，当外力卸载后，形状记忆聚合物蒙皮能保持变形后的形状，且能长期储存；当再次加热至形状记忆聚合物Tg以上时，形状记忆聚合物蒙皮能主动回复至最原始(脱模后)的形状。如此设置，形状记忆聚合物蒙皮能表现出无损伤或较小损伤的拉长-回缩、弯曲-伸展、压缩-伸长等热机械循环性能。该SMP具有应变量大(最大能达到200％)，回复应力较大(能达到10MPa量级)、运动稳定性好、可靠性高、低密度、高刚度、高强度和低成本等优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的形状记忆合金棒5是TiNi形状记忆合金棒、Cu-Zn形状记忆合金棒、Cu-Al-Ni形状记忆合金棒、Cu-Sn形状记忆合金棒、Mn-Cu形状记忆合金棒、Fe-Pt形状记忆合金棒或Fe-Mn-Si形状记忆合金棒其中的一种。形状记忆合金棒5在外界扭转力作用下(环境温度低于形状记忆合金马氏体转化温度)，形状记忆合金棒5产生一定的扭转变形(扭转应变低于10％)，然后对形状记忆合金棒5加热，形状记忆合金棒5发生奥氏体向马氏体的转变，扭转变形回复至原始形状，所述形状记忆合金棒的加热方式是直接通电加热或通过电阻丝加热。采用上述材料的形状记忆合金棒5具有扭矩大、可回复扭转角度大、响应速度快、热-机械循环可重复性高的特点。另外，如采用通电加热，以上形状记忆合金棒还有电响应特性，便于控制系统的运动。

Claims (9)

1、一种可改变机翼后掠角的飞行器，它由机身(1)、机翼(2)、形状记忆聚合物蒙皮(3)、销轴(4)、形状记忆合金棒(5)、连杆(6)、滑块(7)组成；其特征在于所述机身(1)两侧突出的部位装有销轴(4)，机翼(2)的首端通过销轴(4)与机身(1)连接，销轴(4)后面的机身(1)上固定装有两个沿机身(1)的轴线对称设置的形状记忆合金棒(5)，形状记忆合金棒(5)的两端分别与相对应的连杆(6)的一端连接，连杆(6)的另一端与滑块(7)铰接，滑块(7)与设置在机翼(2)上的滑槽(8)滑动连接，机翼(2)的外表面用形状记忆聚合物蒙皮(3)密封。
2、根据权利要求1所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述形状记忆聚合物是形状记忆聚合物复合的材料。
3、根据权利要求2所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述形状记忆聚合物复合材料由形状记忆聚合物基体相材料和增强相材料组成。
4、根据权利要求3所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述形状记忆聚合物基体相材料是苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯其中的一种；
5、根据权利要求3所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述增强相材料是碳纤维、石墨纤维、炭黑、碳纳米管、石墨、铜粉、银粉或铝粉其中的一种。
6、根据权利要求5所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述形状记忆聚合物的加热方式是直接通电加热或通过电阻丝加热。
7、根据权利要求1所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述形状记忆合金棒(5)是TiNi形状记忆合金棒、Cu-Zn形状记忆合金棒、Cu-Al-Ni形状记忆合金棒、Cu-Sn形状记忆合金棒、Mn-Cu形状记忆合金棒、Fe-Pt形状记忆合金棒或Fe-Mn-Si形状记忆合金棒其中的一种。
8、根据权利要求7所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述形状记忆合金棒(5)的加热方式是直接通电加热或通过电阻丝加热。
9、根据权利要求1所述的一种可改变机翼后掠角的飞行器，其特征在于所述机翼(2)上的滑槽(8)沿机翼(2)的长度方向设置。
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