CN106800084B - 一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构 - Google Patents
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Abstract
一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，它涉及一种机翼蒙皮结构，以解决现有蒙皮结构无法满足在变形方向具有较低的变形刚度，而在其他变形方向具有较高的结构刚度以承受气动载荷和惯性负载的问题，它包括蜂窝结构基体、柔性弹性体和多根气动人工肌肉；所述蜂窝结构基体为正泊松比蜂窝单元体和负泊松比蜂窝单元体混合排布的蜂窝结构体，柔性弹性体浇注在所述蜂窝结构基体和多根所述气动人工肌肉上而形成柔性面板，本发明用于制作飞行器机翼蒙皮。
Description
技术领域
本发明涉及一种机翼蒙皮结构，具体涉及一种水空两栖飞行器机翼蒙皮结构，属于飞行器技术领域。
背景技术
无论是飞行动物还是人造飞行器，为了执行不同任务(如巡航、盘旋、攻击或逃生等)，或为了满足飞行环境(如高度、速度和气候等)的不同要求，往往需要相应的调整形态，以达到高效能、安全以及任务要求等目的。
可变形飞行器可以根据外界的飞行环境来改变自身的气动布局，达到飞行性能最优的目的。可变形飞行器设计中最为重要的是蒙皮的设计。为了达到以最小的驱动力改变结构的方法，需要蒙皮结构或材料在变形方向具有较低的变形刚度，而在其他非变形方向则需要具有较高的结构刚度以承受相应的气动载荷和惯性负载。比如对于能改变倾角的变形机翼而言，需要在翼展方向保持刚度从而抵消空气动力和惯性负载而在弦向保持柔性以利于变形驱动。
发明内容
本发明是为解决现有蒙皮结构无法满足在变形方向具有较低的变形刚度，而在其他变形方向具有较高的结构刚度以承受气动载荷和惯性负载的问题，进而提供一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构包括蜂窝结构基体、柔性弹性体和多根气动人工肌肉；所述蜂窝结构基体为正泊松比蜂窝单元体和负泊松比蜂窝单元体混合排布的蜂窝结构体，所述正泊松比蜂窝单元体的横截面形状为正六边形，所述负泊松比蜂窝单元体的横截面形状为内凹六边形，所述正泊松比蜂窝单元体和负泊松比蜂窝单元体均在竖直方向连续排布，竖直方向连续排布的多个正泊松比蜂窝单元体和多个负泊松比蜂窝单元体各自嵌入有N根气动人工肌肉，柔性弹性体浇注在所述蜂窝结构基体和多根所述气动人工肌肉上而形成柔性面板，其中1≤N≤3。
本发明的有益效果是：本发明的蒙皮结构是基于正泊松比的六边形蜂窝结构特性、负泊松比的内凹六边形蜂窝结构特性和气动人工肌肉增强而形成的，本发明采用正、负泊松比蜂窝单元体混合设计得到具有特定刚度及可设计泊松比的蜂窝结构，蜂窝也具有低面内刚度高面外刚度的性能。对于能够在两个正交相对的方向表现出剧烈的刚度变化被称为极端正交各向异性。负泊松比在填充变形结构缝隙方面也有不错的潜力。由于其低模量负泊松比的特性它能被很简单地拉伸膨胀。例如，在机翼弯曲变形部分使用零泊松比或者负泊松比，可以使机翼表面平滑，减少阻力。
竖直方向连续排布的多个正泊松比蜂窝单元体和多个负泊松比蜂窝单元体各自嵌入有气动人工肌肉，在蒙皮内部特定部位沿特定方向嵌入不同性能的气动人工肌肉以增强蒙皮结构的承载能力，辅助蒙皮变形以及防止机翼变形较大时蒙皮产生屈曲褶皱影响气动外形，另外，柔性弹性体材料直接浇注在蜂窝结构基体和气动人工肌肉中，使柔性弹性体与蜂窝壁板全面粘接在一起成为一个整体，从而消除可能出现的表面局部变形。同时，浇注进蜂窝结构的柔性弹性体能够有效增加了整个结构的抗弯刚度，而且生产工艺要比将蜂窝结构与一块柔性面板进行粘接效果更好且要容易实施。本发明能满足在变形方向具有较低的变形刚度，而在其它变形方向也具有较高的结构刚度以承受气动载荷和惯性负载。
附图说明
图1为一个实施例中具有可设计泊松比的变形蒙皮结构的整体示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的蜂窝结构基体和气动人工肌肉布置关系图；
图4为另一个实施例中具有可设计泊松比的变形蒙皮结构的整体示意图；
图5为图4的侧视图；
图6为图4的蜂窝结构基体和气动人工肌肉布置关系立体图；
图7为图4的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明。
参见图1-图7说明，一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构包括蜂窝结构基体1、柔性弹性体2和多根气动人工肌肉3；
所述蜂窝结构基体1为正泊松比蜂窝单元体1-1和负泊松比蜂窝单元体1-2混合排布的蜂窝结构体，所述正泊松比蜂窝单元体1-1的横截面形状为正六边形，所述负泊松比蜂窝单元体1-2的横截面形状为内凹六边形，所述正泊松比蜂窝单元体1-1和负泊松比蜂窝单元体1-2均在竖直方向连续排布，竖直方向连续排布的多个正泊松比蜂窝单元体1-1和多个负泊松比蜂窝单元体1-2各自嵌入有N根气动人工肌肉，柔性弹性体2浇注在所述蜂窝结构基体1和多根所述气动人工肌肉3上而形成柔性面板，其中1≤N≤3。
气动人工肌肉的结构具有很好的可设计性，可以通过设计其编织网套的编织角可以得到充气伸长或者收缩的气动人工肌肉。当收缩率为正时气动人工肌肉充气收缩,伸长率为正时气动人工肌肉充气伸长。收缩式气动人工肌肉，由于自身结构的特性当发生弯曲变形体积变化率较大从而使其充气后弯曲刚度剧烈增大。参见图3说明，蜂窝结构基体1为泊松比为零的蜂窝结构体，所述蜂窝结构基体1的正泊松比蜂窝单元体1-1和负泊松比蜂窝单元体1-2在水平方向交替布置，且蜂窝结构基体1的竖直方面向最外侧布置的为负泊松比蜂窝单元体1-2。如此设置，泊松比为零的蜂窝结构体，在变形方向具有较低的变形刚度，而在其它非变形方向也具有较高的结构刚度以承受相应的气动载荷和惯性负载。
参见图6和图7说明，蜂窝结构基体1由多个蜂窝结构基体单元1-3连接在一起，每个所述蜂窝结构基体单元1-3的正泊松比蜂窝单元体1-1和负泊松比蜂窝单元体1-2在水平方向交替布置，每个所述蜂窝结构基体单元1-3的竖直方向最外侧布置的为正泊松比蜂窝单元体1-1，相邻两个所述蜂窝结构基体单元1-3上下交错布置且通过正泊松比蜂窝单元体1-1相连。如此设置，多个蜂窝结构基体单元连接在一起的蜂窝结构基体1具有特定的泊松比，可以满足设计要求的机翼蒙皮需要。可以改变正泊松比单元体1-1、负泊松比单元体1-2和蜂窝结构基体单元1-3的数量设计出不同泊松比蜂窝结构。
参见图1和图4说明，柔性弹性体2为浇注型聚氨酯弹性体。如此设置，由于飞机蒙皮对气动外形的要求，显然蜂窝结构并不能直接作为飞行器蒙皮使用，其还需要一个光滑的柔性面板以起到封闭和提供轮廓的作用。聚氨酯全名为聚氨基甲酸酯，具体产品可以分为聚氨酯泡沫和聚氨酯弹性体两大类。聚氨酯弹性体相比于聚氨酯泡沫是一种密实化的产品，其力学性能往往介于传统的天然橡胶和塑料之间，由于在保持高弹性、低模量的同时，具有较高的耐磨性、耐撕裂、耐油等特性因此是蒙皮柔性表面的理想材料。同时，柔性表面在蜂窝结构的单元尺寸不能较大，否则单个蜂窝单元支撑的表面可能产生较为明显的局部变形(凹陷或突起)，从而造成一些意料之外的气动性能的变化。
参见图3、图6和图7说明，竖直方向连续排布的多个正泊松比蜂窝单元体1-1和多个负泊松比蜂窝单元体1-2各自嵌入有1根气动人工肌肉3。如此设置，可增强蒙皮的承载能力、辅助蒙皮变形以及防止机翼变形较大时蒙皮产生屈曲褶皱影响气动外形，降低阻力。
优选地，气动人工肌肉3采用直径为2mm-5mm的气动人工肌肉，除具有体积小易于埋入蒙皮结构外，还具有与人工肌肉相似的充气变刚度和能够输出收缩力或伸长力外的特点。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (6)
1.一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，其特征在于：它包括蜂窝结构基体(1)、柔性弹性体(2)和多根气动人工肌肉(3)；
所述蜂窝结构基体(1)为正泊松比蜂窝单元体(1-1)和负泊松比蜂窝单元体(1-2)混合排布的蜂窝结构体，所述正泊松比蜂窝单元体(1-1)的横截面形状为正六边形，所述负泊松比蜂窝单元体(1-2)的横截面形状为内凹六边形，所述正泊松比蜂窝单元体(1-1)和负泊松比蜂窝单元体(1-2)均在竖直方向连续排布，竖直方向连续排布的多个正泊松比蜂窝单元体(1-1)和多个负泊松比蜂窝单元体(1-2)各自嵌入有N根气动人工肌肉，柔性弹性体(2)浇注在所述蜂窝结构基体(1)和多根所述气动人工肌肉(3)上而形成柔性面板，其中1≤N≤3。
2.根据权利要求1所述一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，其特征在于：所述蜂窝结构基体(1)为泊松比为零的蜂窝结构体，所述蜂窝结构基体(1)的正泊松比蜂窝单元体(1-1)和负泊松比蜂窝单元体(1-2)在水平方向交替布置，且蜂窝结构基体(1)的竖直方面向最外侧布置的为负泊松比蜂窝单元体(1-2)。
3.根据权利要求1所述一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，其特征在于：蜂窝结构基体(1)由多个蜂窝结构基体单元连接在一起，每个所述蜂窝结构基体单元(1-3)的正泊松比蜂窝单元体(1-1)和负泊松比蜂窝单元体(1-2)在水平方向交替布置，每个所述蜂窝结构基体单元(1-3)的竖直方向最外侧布置的为正泊松比蜂窝单元体(1-1)，相邻两个所述蜂窝结构基体单元(1-3)上下交错布置且通过正泊松比蜂窝单元体(1-1)相连。
4.根据权利要求1、2或3所述一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，其特征在于：柔性弹性体(2)为浇注型聚氨酯弹性体。
5.根据权利要求4所述一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，其特征在于：竖直方向连续排布的多个正泊松比蜂窝单元体(1-1)和多个负泊松比蜂窝单元体(1-2)各自嵌入有一根气动人工肌肉(3)。
6.根据权利要求1、2、3或5所述一种具有可设计泊松比的变形蒙皮结构，其特征在于：每根所述气动人工肌肉(3)的直径为2mm-5mm。
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