CN101513931B - 一种可实现平面内变形的机翼 - Google Patents
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Abstract
一种可实现平面内变形的机翼，它涉及一种可变形的机翼。本发明解决了现有的可变形飞行器的机翼存在的结构复杂、质量大、飞行器飞行效率低和气密性差的问题。本发明的方案一蜂窝夹层基体为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体的蜂窝由多个变形蜂窝和多个固定蜂窝组成，变形蜂窝和固定蜂窝的横截面形状均为菱形，且固定蜂窝横截面的菱形的两个对角之间设有固定板，每个固定蜂窝的菱角处均设置有一个变形蜂窝，相邻的两个固定蜂窝之间设置一个变形蜂窝，且变形蜂窝与固定蜂窝连续设置；方案二蜂窝夹层基体为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体的横截面上的多条水平波浪线和多条竖直波浪线横纵交错围成蜂窝。本发明实现了平面内变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变形的机翼，属于航空航天技术领域。
背景技术
机翼是飞行器设计时的一个主要部件。常规机翼的几何外形是根据飞机特定的任务、特定的高度、马赫数和飞机重量进行设计的，如巡航时要求具有高升阻比和大机翼面积；起降时要具有高升力系数和大机翼面积；高速飞行和机动时要具有大后掠角和小展弦比。固定翼型机翼通常只有一个设计点是最优的，飞行过程中飞行参数连续变化，机翼的几何外形在多数情况下都不是最优状态。如何使飞机的外形适应多种飞行状态，在整个飞行包线内都具有最佳的气动特性，成为当今和未来飞行器的发展方向。
然而现有的可变形飞行器的机翼大多数都采用缝翼或襟翼方式，通过机械装置增大翼面积或增加机翼弯度，但是这种机械运动存在襟翼或缝翼笨重、结构复杂、飞行器飞行效率低和气密性差等缺点。因此，设计一种结构简单、质量小、飞行器飞行效率高和气密性好的可变形的机翼成为一个重要的科研课题。
基于以上所述，公开号为DE102005004345A1的发明专利申请提出了一种机翼，文中所述的机翼虽然解决了机翼存在的结构复杂、质量大、飞行器飞行效率低和气密性差的问题，却存在无法实现平面内变形的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的可变形飞行器的机翼存在的无法实现平面内变形的问题，进而提供一种可实现平面内变形的机翼。
本发明的技术方案一是：一种可实现平面内变形的机翼由蜂窝夹层基体和蒙皮组成，所述蜂窝夹层基体为一体的预制机翼形状的蜂窝结构体，所述蒙皮包裹在蜂窝夹层基体的外表面上；所述蜂窝夹层基体为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体的蜂窝由多个变形蜂窝和多个固定蜂窝组成，所述变形蜂窝和固定蜂窝的横截面形状均为菱形，且固定蜂窝横截面的菱形的两个对角之间设有固定板，每个固定蜂窝的菱角处均设置有一个变形蜂窝，相邻的两个固定蜂窝之间设置一个变形蜂窝，且变形蜂窝与固定蜂窝连续设置。
本发明的技术方案二是：一种可实现平面内变形的机翼由蜂窝夹层基体和蒙皮组成，所述蜂窝夹层基体为一体的预制机翼形状的蜂窝结构体，所述蒙皮包裹在蜂窝夹层基体的外表面上；蜂窝夹层基体为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体的横截面上的多条水平波浪线和多条竖直波浪线横纵交错围成蜂窝。
本发明具有以下有益效果：本发明满足了竖直方向拉伸或压缩而不引起水平方向的变形，同时满足了水平方向拉伸或压缩而不引起竖直方向的变形，实现了机翼翼展方向变形和弦长方向变形，实现了平面内变形。本发明的机翼采用蜂窝夹层结构，蜂窝夹层结构有很高的比强度和比刚度、耐腐蚀、抗疲劳、良好的电绝缘性和透电磁波性，蜂窝夹层结构大大减轻了机翼质量，提高了飞行器的飞行效率；蜂窝夹层基体为一体的预制机翼形状的蜂窝结构体使得飞行器有很好的气密性，而且结构简单，蜂窝夹层结构设计使机翼适合各种形状改变。
附图说明
图1是本发明的主视结构图，图2是本发明的左视结构图，图3是一种单向泊松比为零的菱形蜂窝结构体示意图，图4是图3变形后的示意图，图5是一种单向泊松比为零的半圆形蜂窝结构体示意图，图6是图5变形后的示意图，图7是一种双向泊松比为零的菱形蜂窝结构体示意图，图8是图7变形后的示意图，图9是另一种双向泊松比为零的横纵波浪线围成的蜂窝结构体示意图，图10是图9变形后的示意图，图11是双向负泊松比的蜂窝结构体示意图，图12是图11变形后的示意图，图13是机翼翼展方向变形示意图(阴影部分为变形后产生的变化)，图14是机翼弦长方向变形示意图(阴影部分为变形后产生的变化)，图15是机翼翼展和弦长方向变形示意图(阴影部分为变形后产生的变化)，图16是机翼翼展和弦长方向变形构成面变形的示意图(阴影部分为变形后产生的变化)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图2说明本实施方式，本实施方式的一种可实现平面内变形的机翼由蜂窝夹层基体1和蒙皮2组成，所述蜂窝夹层基体1为一体的预制机翼形状的蜂窝结构体，所述蒙皮2包裹在蜂窝夹层基体1的外表面上。
具体实施方式二：结合图3～图4和图13～图14说明本实施方式，本实施方式的蜂窝夹层基体1为单向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体1的蜂窝3的横截面形状为菱形，所述蜂窝夹层基体1的蜂窝3在竖直方向连续分布且在水平方向间隔分布。如此设置，满足了竖直方向拉伸或压缩而不引起水平方向的变形，实现了机翼翼展方向或弦长方向变形。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5～图6和图13～图14说明本实施方式，本实施方式的蜂窝夹层基体1为单向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体1的蜂窝3的横截面形状为半圆形，所述蜂窝夹层基体1的蜂窝3在竖直方向连续分布且在水平方向间断分布，竖直方向连续的两个蜂窝3凸起方向相反，水平方向间断的两个蜂窝3凸起方向相同。如此设置，满足了竖直方向拉伸或压缩而不引起水平方向的变形，实现了机翼翼展方向或弦长方向变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图7～图8和图15说明本实施方式，本实施方式的蜂窝夹层基体1为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体1的蜂窝由多个变形蜂窝4和多个固定蜂窝5组成，所述变形蜂窝4和固定蜂窝5的横截面形状均为菱形，且固定蜂窝5横截面的菱形的两个对角之间设有固定板6，每个固定蜂窝5的菱角处均设置有一个变形蜂窝4，相邻的两个固定蜂窝5之间设置一个变形蜂窝4，且变形蜂窝4与固定蜂窝5连续设置。如此设置，满足了竖直方向拉伸或压缩而不引起水平方向的变形，同时满足了水平方向拉伸或压缩而不引起竖直方向的变形，实现了机翼翼展方向变形和弦长方向变形，实现了平面内变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图9、图10和图15说明本实施方式，本实施方式的蜂窝夹层基体1为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体1的横截面上的多条水平波浪线7和多条竖直波浪线8横纵交错围成蜂窝9。如此设置，满足了竖直方向拉伸或压缩而不引起水平方向的变形，同时满足了水平方向拉伸或压缩而不引起竖直方向的变形，实现了机翼翼展方向变形和弦长方向变形，实现了平面内变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图11、图12和图16说明本实施方式，本实施方式的蜂窝夹层基体1为双向负泊松比的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体1的蜂窝的横截面形状为半圆形和菱形，所述蜂窝夹层基体1的多个半圆形蜂窝10在水平方向间断分布且在竖直方向连续分布，竖直方向连续的两个半圆形蜂窝10凸起方向相反，水平方向间断的两个半圆形蜂窝10凸起方向相反，蜂窝夹层基体1的多个菱形蜂窝11设置在水平方向上两个相邻近的半圆形蜂窝10之间，菱形蜂窝11的两个对角与两个半圆形蜂窝10相连接。如此设置，满足了竖直方向拉伸或压缩同时水平方向也拉伸或压缩，实现了机翼翼展方向变形和弦长方向变形，实现了平面内变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蒙皮2是由硅橡胶制成，硅橡胶是高强度氟硅橡胶、室温硫化硅橡胶、高性能热硫化硅橡胶、硅橡胶-三元乙丙橡胶并用胶或硅橡胶-氟橡胶并用胶其中的一种。如此设置，满足了机翼大变形要求，并能质量轻，一体化的设计保证了良好的机翼的气密性。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蒙皮2是由形状记忆聚合物(SMP)制成，形状记忆聚合物(SMP)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。如此设置，满足了机翼大变形要求，并能质量轻，一体化的设计保证了良好的机翼的气密性。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蒙皮2是由硅橡胶和增强相材料制成，其中增强相材料占总体积的20％～80％；所述硅橡胶高强度氟硅橡胶、室温硫化硅橡胶、高性能热硫化硅橡胶、硅橡胶-三元乙丙橡胶并用胶或硅橡胶-氟橡胶并用胶其中的一种，所述增强相材料是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管、石墨、碳化硅粉末、铜粉、银粉或铝粉其中的一种。如此设置，增加了蒙皮材料的强度，使蒙皮满足飞机飞行时对机翼蒙皮的强度的要求。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蒙皮2是由形状记忆聚合物(SMP)和增强相材料制成，其中增强相材料占总体积的20％～80％；所述形状记忆聚合物(SMP)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、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管、石墨、碳化硅粉末、铜粉、银粉或铝粉其中的一种。如此设置，增加了蒙皮材料的强度，使蒙皮满足飞机飞行时对机翼蒙皮的强度的要求。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
Claims (2)
1.一种可实现平面内变形的机翼，它由蜂窝夹层基体(1)和蒙皮(2)组成，所述蜂窝夹层基体(1)为一体的预制机翼形状的蜂窝结构体，所述蒙皮(2)包裹在蜂窝夹层基体(1)的外表面上；其特征在于：所述蜂窝夹层基体(1)为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体(1)的蜂窝由多个变形蜂窝(4)和多个固定蜂窝(5)组成，所述变形蜂窝(4)和固定蜂窝(5)的横截面形状均为菱形，且固定蜂窝(5)横截面的菱形的两个对角之间设有固定板(6)，每个固定蜂窝(5)的菱角处均设置有一个变形蜂窝(4)，相邻的两个固定蜂窝(5)之间设置一个变形蜂窝(4)，且变形蜂窝(4)与固定蜂窝(5)连续设置。
2.一种可实现平面内变形的机翼，它由蜂窝夹层基体(1)和蒙皮(2)组成，所述蜂窝夹层基体(1)为一体的预制机翼形状的蜂窝结构体，所述蒙皮(2)包裹在蜂窝夹层基体(1)的外表面上；其特征在于：所述蜂窝夹层基体(1)为双向泊松比为零的蜂窝结构体，蜂窝夹层基体(1)的横截面上的多条水平波浪线(7)和多条竖直波浪线(8)横纵交错围成蜂窝(9)。
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