CN103387048B - 气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构。属于变体飞行器技术领域。本发明所述弹性基板设置于第一柔性蜂窝和第二柔性蜂窝之间，所述第一气动肌肉驱动器设置于第一柔性蜂窝的外侧，第一大变形蒙皮设置于第一气动肌肉驱动器的外侧，所述第二气动肌肉驱动器设置于第二柔性蜂窝的外侧，第二大变形蒙皮设置于第二气动肌肉驱动器的外侧，所述第一柔性蜂窝和第二柔性蜂窝组合后的断面为一放倒的梯形体，所述后缘刚性段与所述梯形体的上底相连接。本发明实现了变体柔性后缘驱动/变形/承载的一体化设计，实现了柔性后缘的主动变形，简化了后缘结构。因此，本发明具有结构简单、重量轻、驱动/变形/承载一体化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于仿生概念的变体柔性后缘结构，属于变体飞行器技术领域。
背景技术
自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。飞机发明的灵感源自人类对鸟类飞行的观察。1903年，莱特兄弟设计了世界上第一架有人驾驶的动力飞机。经过一个多世纪的发展，现代飞机的综合性能已经得到了大幅度的提升。但是，飞机的控制面(如副翼、方向舵和升降舵)和增升装置(如后缘襟翼)大多通过是铰链式结构，不能像鸟类翅膀那样可以柔顺变形，其结果是破坏了翼面的光滑性和连续性。
为此，人们提出了一种变体柔性后缘概念。变体柔性后缘取消了传统的机械式铰链，最大的好处就是在变形过程中机翼表面始终保持光滑、连续和无缝，避免了传统控制面偏转带来的翼表面斜率突变，推迟了气流分离。在柔性后缘研究的相当长时期内，由于结构材料和设计技术的限制，先后出现了一些刚性变形机构，如Parker提出的可滑动大梁的变弯度机翼和马里兰大学的机械式多关节可变弯度机翼。随着智能材料和结构的发展，相继出现一些采用智能材料驱动的柔性后缘，如柏林工业大学的形状记忆合金驱动的自适应机翼；Narkiewicz等人提出了一种记忆合金丝驱动的可变弯度机翼，通过上下两组形状记忆合金丝的交替作用实现机翼变弯度的目的；Lim等设计了一种压电陶瓷复合材料驱动器，并用其来驱动机翼后缘变形。
目前，无论是刚性变形机构还是智能材料驱动的柔性后缘均无法满足重量轻、结构简单、变形量足够大等工程实际要求。实际上，包括柔性后缘在内的变体飞行器结构是一个非常复杂的结构系统，系统中的各个功能部件应该在同时具有承载和变形功能的平台上进行集成，设计思路必须从传统的机构和驱动器转向智能材料和结构，同时也应该从自然界中来寻找设计灵感。基于此，本发明提出了一种基于仿生概念的变体柔性后缘结构。
发明内容
本发明的目的是为了将气动肌纤驱动器集成到柔性后缘结构中，从而实现柔性后缘结构驱动/变形/承载的一体化设计。进而提供一种气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构，包括：弹性基板、第一柔性蜂窝、第一气动肌肉驱动器、第一大变形蒙皮、第二柔性蜂窝、第二气动肌肉驱动器、第二大变形蒙皮和后缘刚性段，所述弹性基板设置于第一柔性蜂窝和第二柔性蜂窝之间，所述第一气动肌肉驱动器设置于第一柔性蜂窝的外侧，第一大变形蒙皮设置于第一气动肌肉驱动器的外侧，所述第二气动肌肉驱动器设置于第二柔性蜂窝的外侧，第二大变形蒙皮设置于第二气动肌肉驱动器的外侧，所述第一柔性蜂窝和第二柔性蜂窝组合后的断面为一放倒的梯形体，所述后缘刚性段与所述梯形体的上底相连接；所述第一气动肌肉驱动器和第二气动肌肉驱动器的结构形式均为一种由编织网管包裹橡胶软管所构成的气动肌肉型；所述第一气动肌肉驱动器和第二气动肌肉驱动器的直径均为1～4mm；所述第一大变形蒙皮和第二大变形蒙皮均为氨纶纤维增强硅胶基体复合材料；所述后缘刚性段的偏转角为-20°至20°。
本发明的技术效果：在本发明中借鉴生物骨骼肌的组织结构，提出了一种基于仿生概念的变体柔性后缘结构，实现了变体柔性后缘驱动/变形/承载的一体化设计，实现了柔性后缘的主动变形，简化了后缘结构。因此，本发明具有结构简单、重量轻、驱动/变形/承载一体化的优点。
附图说明
图1为本发明的气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构的整体结构剖面示意图；
图2为本发明的气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构的俯视结构示意图。
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和图2所示，本实施例所涉及的气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构，包括：弹性基板1、第一柔性蜂窝2、第一气动肌肉驱动器3、第一大变形蒙皮4、第二柔性蜂窝5、第二气动肌肉驱动器6、第二大变形蒙皮7和后缘刚性段8，所述弹性基板1设置于第一柔性蜂窝2和第二柔性蜂窝5之间，所述第一气动肌肉驱动器3设置于第一柔性蜂窝2的外侧，第一大变形蒙皮4设置于第一气动肌肉驱动器3的外侧，所述第二气动肌肉驱动器6设置于第二柔性蜂窝5的外侧，第二大变形蒙皮7设置于第二气动肌肉驱动器6的外侧，所述第一柔性蜂窝2和第二柔性蜂窝5组合后的断面为一放倒的梯形体，所述后缘刚性段8与所述梯形体的上底相连接。
所述第一气动肌肉驱动器3和第二气动肌肉驱动器6的结构形式均为一种由编织网管包裹橡胶软管所构成的气动肌肉型。所述第一气动肌肉驱动器3和第二气动肌肉驱动器6的直径均为1～4mm。
所述第一大变形蒙皮4和第二大变形蒙皮7均为氨纶纤维增强硅胶基体复合材料。
所述后缘刚性段8的偏转角为-20°至20°。
所述弹性基板1与第一柔性蜂窝2和第二柔性蜂窝5之间通过胶接的方式连接在一起。
所述第一气动肌肉驱动器3、第一柔性蜂窝2和第一大变形蒙皮4之间通过胶接的方式连接在一起；所述第二气动肌肉驱动器6、第二柔性蜂窝5和第二大变形蒙皮7之间通过胶接的方式连接在一起。
工作原理：本发明的气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构的工作原理为：①当第一气动肌肉驱动器3充有一定压力时，第一气动肌肉驱动器3就会缩短，从而带动整个后缘结构产生向上的弯曲变形；②当第二气动肌肉驱动器6充有一定压力时，第二气动肌肉驱动器6就会缩短，从而带动整个后缘结构产生向下的弯曲变形。当第一气动肌肉驱动器3或第二气动肌肉驱动器6的充气压力不同时，就可以实现后缘的不同偏转变形。适当地设计气动肌肉驱动器、大变形蒙皮、基板和柔性蜂窝，可使本发明的气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构的偏转角范围为±20°。大变形复合材料蒙皮起到维持翼面连续、无缝和气密性等作用；气动肌肉驱动器是主动发力部件；柔性蜂窝是机翼内部的支撑结构，起到维持翼型和传力的作用；弹性基板提供结构刚度和承担气动载荷。
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 (2)
1.一种气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构，其特征在于，包括：弹性基板(1)、第一柔性蜂窝(2)、第一气动肌肉驱动器(3)、第一大变形蒙皮(4)、第二柔性蜂窝(5)、第二气动肌肉驱动器(6)、第二大变形蒙皮(7)和后缘刚性段(8)，所述弹性基板(1)设置于第一柔性蜂窝(2)和第二柔性蜂窝(5)之间，所述第一气动肌肉驱动器(3)设置于第一柔性蜂窝(2)的外侧，第一大变形蒙皮(4)设置于第一气动肌肉驱动器(3)的外侧，所述第二气动肌肉驱动器(6)设置于第二柔性蜂窝(5)的外侧，第二大变形蒙皮(7)设置于第二气动肌肉驱动器(6)的外侧，所述第一柔性蜂窝(2)和第二柔性蜂窝(5)组合后的断面为一放倒的梯形体，所述后缘刚性段(8)与所述梯形体的上底相连接；所述第一气动肌肉驱动器(3)和第二气动肌肉驱动器(6)的结构形式均为一种由编织网管包裹橡胶软管所构成的气动肌肉型；所述第一气动肌肉驱动器(3)和第二气动肌肉驱动器(6)的直径均为1～4mm；所述第一大变形蒙皮(4)和第二大变形蒙皮(7)均为氨纶纤维增强硅胶基体复合材料；所述后缘刚性段(8)的偏转角为-20°至20°。
2.根据权利要求1所述的气动驱动/变形/承载一体化的变体柔性后缘结构，其特征在于，所述弹性基板(1)与第一柔性蜂窝(2)和第二柔性蜂窝(5)之间通过胶接的方式连接在一起；所述第一气动肌肉驱动器(3)、第一柔性蜂窝(2)和第一大变形蒙皮(4)之间通过胶接的方式连接在一起；所述第二气动肌肉驱动器(6)、第二柔性蜂窝(5)和第二大变形蒙皮(7)之间通过胶接的方式连接在一起。
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