CN103158859A - 一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，属于可充气伸展机翼技术领域。本发明包括充气机翼和驱动元件，所述充气机翼包括蒙皮和拉条，所述驱动元件包括基板和压电纤维复合材料，基板为弯曲成弧面的矩形，压电纤维复合材料粘贴在基板的凹面上，基板的凸面与蒙皮的内壁粘合。本发明提出一种运用压电纤维复合材料对可充气伸展机翼进行驱动的方案，压电纤维复合材料与基板的凹面粘贴构成驱动元件，驱动元件与充气机翼的蒙皮内壁粘贴。本发明利用了压电纤维复合材料的驱动特性，可驱动充气机翼变形，从而解决可充气伸展机翼无法最优化气动效率的问题。本发明的结构简单，一体性强，运行稳定，驱动器制造方便，易于布置安装。

Description

一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼

技术领域

本发明涉及一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，属于可充气伸展机翼技术领域。

背景技术

机翼是每架飞机不可缺的用来产生升力的主要部件。通常分为左右两个翼面，对称地布置在机身两边。机翼的一些部位( 主要是前缘和后缘) 可以活动。驾驶员操纵这些部分可以改变机翼的形状, 控制机翼升力或阻力的分布, 以达到增加升力或改变飞机姿态的目的。然而, 机翼在飞行中的许多特殊功能往往在地面静止状态下就成为无用之处。例如, 因为它的存在, 就需要大面积的停机坪、很大空间的机库，在跑道上滑行转弯时半径亦很大等。为此，飞机设计师长期以来一直在多方设法改变这种情况，使之既拥有升力功能, 又具有尽可能小的停放空间。可充气伸展机翼技术是解决这一问题的一种重要方式。

可充气伸展机翼的结构通常由蒙皮和拉条构成。拉条用于约束气囊，使充气后的蒙皮保持目标翼型的形状。可充气伸展机翼通常采用塑料薄膜制造，它具有取材容易、造价低、质量轻、制造方便、可折叠、携带吊挂飞机便利、机翼能充气、可伸展、耐疲劳、维护简单、可修补的优点。但在使用中须考虑机翼本身承受的升力、剪力、重力、惯性力和弯矩，以及需要确保的柔韧性、强度、刚性、长久保形的( 即翼型、上反角、后掠角等) 几何参数。

NASA曾试飞过使用充气折叠机翼的I-2000无人驾驶飞机，其机翼翼展1. 62m。储存状态下，机翼可以折叠收放到一个小型咖啡盒大小的容器内。无人机在接到展开机翼的指令后，机翼能在13s 内迅速充气膨胀展开，其速度甚至快于人眼的扫描速度。它由另外一架遥控飞机携带，在240m~ 300m 的高度上被释放，然后利用自携的氮气瓶中的氮气给机翼充气，使其快速膨胀展开。而在膨胀过程中，该无人机仍然保持住了飞行稳定，最后，无动力的I-2000 无人机在遥控下缓缓降落，返回地面。I-2000 无人机上带有一个小型飞行数据记录器，它将和录像带、像片一起回收，为后续的飞行分析提供有用的数据资料。

可充气伸展机翼技术实现了刚性机体与柔性机翼的有机组合，具有刚柔相济的特点。可充气伸展机翼是轻于空气飞行器与重于空气飞行器相结合的一种实用的结构模式。可充气伸展机翼技术丰富了机翼设计制造技术，具有军民两用前景。可充气伸展机翼的维护、更换均很方便。可充气伸展机翼的生产工序少、设备投资省、容易实现流水线作业。可充气伸展机翼技术更新快、开发周期短。

但是可充气伸展机翼存在着一个重要的缺点，即难以在上面布置襟翼、副翼、扰流片等操纵部件。因此可充气伸展机翼难以根据飞行时的飞行条件改变机翼的特征，飞机机翼的气动效率得不到最优化。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题。就是可充气伸展机翼难以在上面布置襟翼、副翼、扰流片等操纵部件。因此可充气伸展机翼难以根据飞行时的飞行条件改变机翼的特征，飞机机翼的气动效率得不到最优化。进而提供一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼 。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，包括充气机翼和驱动元件，所述充气机翼包括蒙皮和拉条，所述驱动元件包括基板和压电纤维复合材料，基板为弯曲成弧面的矩形，压电纤维复合材料粘贴在基板的凹面上，基板的凸面与蒙皮的内壁粘合。

本发明的有益效果：本发明提出一种运用压电纤维复合材料对可充气伸展机翼进行驱动的方案，压电纤维复合材料与基板的凹面粘贴构成驱动元件，驱动元件与充气机翼的蒙皮内壁粘贴。本发明利用了压电纤维复合材料的驱动特性，可驱动充气机翼变形，从而解决可充气伸展机翼无法最优化气动效率的问题。本发明的结构简单，一体性强，运行稳定，驱动器制造方便，易于布置安装。

 

附图说明

图1是本发明的主剖视结构示意图；

图2是本发明驱动元件的主视图；

图3是本发明单个驱动器驱动效果图；

图4是本发明的最终效果图；

图5是本发明的结构图。

 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1~图5所示，本实例所涉及的一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，包括充气机翼1和驱动元件2，所述充气机翼1包括蒙皮1-1和拉条1-2，所述驱动元件2包括基板2-1和压电纤维复合材料2-2，基板2-1为弯曲成弧面的矩形，压电纤维复合材料2-2粘贴在基板2-1的凹面上，基板2-1的凸面与蒙皮1-1的内壁粘合。

所述基板2-1的长度等于其粘贴处相邻两个拉条1-2之间的蒙皮1-1的弧长，曲率半径等于其粘贴处蒙皮1-2的曲率半径，基板2-1的宽度为与其粘贴的压电纤维复合材料2-2宽度的100%~120%。

所述压电纤维复合材料2-2的长度等于与其粘贴的基板2-1长度的80%~100%，纤维方向为0°方向，驱动元件2与蒙皮1-1粘贴之后，压电纤维方向与充气机翼1的弦长方向平行。

驱动元件2沿着充气机翼1的翼展和翼弦方向阵列式布置，沿翼展方向相邻的两组驱动元件2之间存在间隙，间隙大小为曲面基板2-1的宽度的10%~20%。

驱动元件2可根据设计和实际需要，选择粘贴位置和粘贴数量，根据实际经验，驱动元件2的粘贴数量沿翼弦方向不少于3个，沿翼展方向不少于3组，粘贴与充气机翼1的后缘部分时，驱动效果最为显著。

拉条1-2的数量和位置应根据设计需要选择，拉条1-2的数量通常介于10~25之间，相邻的两个拉条1-2的距离通常为机翼弦长的1/11~1/26。

本发明将压电纤维复合材料粘贴在基板的凸面即构成另一种形式的驱动元件，将这种形式的驱动元件与充气机翼的蒙皮外壁粘贴，配合粘贴在充气机翼的蒙皮内壁的驱动器，可使结构的驱动能力提高两倍，进而增大机翼的变形能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，其特征在于，包括充气机翼（1）和驱动元件（2），所述充气机翼（1）包括蒙皮（1-1）和拉条（1-2），所述驱动元件（2）包括基板（2-1）和压电纤维复合材料（2-2），基板（2-1）为弯曲成弧面的矩形，压电纤维复合材料（2-2）粘贴在基板（2-1）的凹面上，基板（2-1）的凸面与蒙皮（1-1）的内壁粘合。

2.根据权利要求1所述的由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，其特征在于，所述基板（2-1）的长度等于其粘贴处相邻两个拉条（1-2）之间的蒙皮（1-1）的弧长，曲率半径等于其粘贴处蒙皮（1-2）的曲率半径，基板（2-1）的宽度为与其粘贴的压电纤维复合材料（2-2）宽度的100%~120%。

3.根据权利要求1所述的由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，其特征在于，所述压电纤维复合材料（2-2）的长度等于与其粘贴的基板（2-1）长度的80%~100%，纤维方向为0°方向，驱动元件（2）与蒙皮（1-1）粘贴其压电纤维方向与充气机翼（1）的弦长方向平行。

4.根据权利要求1所述的由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼，其特征在于，驱动元件（2）沿着充气机翼（1）的翼展和翼弦方向阵列式布置，沿翼展方向相邻的两组驱动元件（2）之间存在间隙，间隙大小为基板（2-1）的宽度的10%~20%。

Images