CN106995050B - 一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的sma作动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，本发明涉及一种SMA作动器，本发明内容是提供通过径向作动器施加于薄壁圆柱壳的内壁以径向面载荷增加结构动刚度的装置，它包括圆柱壳体、第一弧形膨胀块、第一锁紧固定件、第二弧形膨胀块、第一膨胀楔形块、第三弧形膨胀块、第二锁紧固定件、第四弧形膨胀块、第二膨胀楔形块、两个第一形状记忆合金体和两个第二形状记忆合金体，第二弧形膨胀块和第三弧形膨胀块设置在圆柱壳体顶端的内侧壁上，第一膨胀楔形块设置在第二弧形膨胀块和第三弧形膨胀块之间，第一弧形膨胀块和第四弧形膨胀块设置在圆柱壳体底端的内侧壁上，第二膨胀楔形块设置在第一弧形膨胀块和第四弧形膨胀块之间，本发明用于作动器领域。

Description

一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器
技术领域
本发明涉及一种SMA作动器，具体涉及一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器。
背景技术
经过几十年的不断发展，时至今日，人类在飞行器的研究上取得了空前成就，各种飞行器的速度也得到了不断的提高，亚音速、跨音速、超音速以及超高音速飞行器层出不穷。当飞行器在高速飞行过程中，作用在飞行器结构上的弹性力、惯性力、气动力和热效应力相互之间耦合，非常容易引发气动热弹性问题，气动热效应会改变飞行器的刚度特性，导致飞行器结构的颤振速度下降，从而对飞行的控制精度甚至是飞行安全产生严重影响。
对于克服气动热效应带给飞行器结构刚度特性的改变方法，传统意义上的结构设计方法主要是依靠隔热、防热以及在结构上增加加强筋等方式，但是飞行器结构功能要求和约束条件的不断提高，这种被动的方式存在改变气动热效应不明显、无法主动调节结构刚度等不足。
目前通过相关理论计算可以得知，当薄壁圆柱壳的内表面在受到沿着径向指向外的面载荷时，圆柱壳的结构动刚度会有所增加，根据这个原理，可以通过径向作动器施加于薄壁圆柱壳的内壁以径向面载荷，以此来增加薄壁圆柱壳的结构动刚度。因此需要提供通过径向作动器施加于薄壁圆柱壳的内壁以径向面载荷增加结构动刚度的装置。
发明内容
本发明内容是提供通过径向作动器施加于薄壁圆柱壳的内壁以径向面载荷增加结构动刚度的装置，进而提供一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
它包括圆柱壳体、第一弧形膨胀块、第一锁紧固定件、第二弧形膨胀块、第一膨胀楔形块、第三弧形膨胀块、第二锁紧固定件、第四弧形膨胀块、第二膨胀楔形块、两个第一形状记忆合金体和两个第二形状记忆合金体，第二弧形膨胀块和第三弧形膨胀块设置在圆柱壳体顶端的内侧壁上，第一膨胀楔形块设置在第二弧形膨胀块和第三弧形膨胀块之间，第一膨胀楔形块通过第一锁紧固定件固定安装在圆柱壳体上，第一弧形膨胀块和第四弧形膨胀块设置在圆柱壳体底端的内侧壁上，第二膨胀楔形块设置在第一弧形膨胀块和第四弧形膨胀块之间，第二膨胀楔形块通过第二锁紧固定件固定安装在圆柱壳体上，两个第一形状记忆合金体设置在第一弧形膨胀块和第二弧形膨胀块之间，第二形状记忆合金体设置在第三弧形膨胀块和第四弧形膨胀块之间。
本发明的有益效果是：
1本发明所述的用于薄壁圆柱壳结构动刚度主动增强的SMA作动器，结构简单、紧凑，使得被固定物的所有自由度完全被限制；2本发明的作动器能够将驱动体产生的集中力转化为膨胀环对圆柱壳的面载荷；3所述预紧装置能够沿着圆周方向对驱动体进行预紧，从而保证驱动体所产生的微小位移能够作用在膨胀环上，进一步传导至圆柱壳内表面，最大限度地利用了驱动体的性能；4所述膨胀环采用变截面的设计，两端较厚中间薄，既保证了膨胀环的应有刚度，同时降低了膨胀环本身的重量；5采用SMA形状记忆合金作为驱动体，使得作动器能够在外界热环境的作用下主动工作，进而实现作动器的主动工作，实现薄壁圆柱壳结构动刚度的主动增强。
附图说明
图1是本发明整体结构主视图，图2是膨胀楔形块压紧相邻两个弧形膨胀块的示意图，图3是本发明整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，它包括圆柱壳体2、第一弧形膨胀块3、第一锁紧固定件5、第二弧形膨胀块6、第一膨胀楔形块9、第三弧形膨胀块10、第二锁紧固定件12、第四弧形膨胀块13、第二膨胀楔形块14、两个第一形状记忆合金体4和两个第二形状记忆合金体11，第二弧形膨胀块6和第三弧形膨胀块10设置在圆柱壳体2顶端的内侧壁上，第一膨胀楔形块9设置在第二弧形膨胀块6和第三弧形膨胀块10之间，第一膨胀楔形块9通过第一锁紧固定件5固定安装在圆柱壳体2上，第一弧形膨胀块3和第四弧形膨胀块13设置在圆柱壳体2底端的内侧壁上，第二膨胀楔形块14设置在第一弧形膨胀块3和第四弧形膨胀块13之间，第二膨胀楔形块14通过第二锁紧固定件12固定安装在圆柱壳体2上，两个第一形状记忆合金体4设置在第一弧形膨胀块3和第二弧形膨胀块6之间，第二形状记忆合金体11设置在第三弧形膨胀块10和第四弧形膨胀块13之间。
本实施方式中第一形状记忆合金体4为SMA形状记忆合金材料制成，第二形状记忆合金体11是由SMA形状记忆合金材料制成。形状记忆合金(SMA，Shape Memory Alloys)是20世纪60年代初期发现并逐步发展起来的一种新型功能材料。SMA在温度较低时，内部金相呈马氏体状态，此时拉伸或者压缩并产生塑性变形，卸掉外载荷后并对其加热升温，当被加热至奥氏体相变开始温度后，发生相结构转变从而恢复到变形前的形状或尺寸，即回复到原始形状，如此则对初始晶相为奥氏体时的形状有复现功能，此种行为即所谓的形状记忆效应。
具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，第二弧形膨胀块6的一端加工有与第一膨胀楔形块9锥形面配合的第一斜面，第二弧形膨胀块6的另一端加工有卡装第一形状记忆合金体4的第一卡紧槽，第三弧形膨胀块10的一端加工有与第一膨胀楔形块9锥形面配合的第二斜面，第三弧形膨胀块10的另一端加工有卡装第二形状记忆合金体11的第二卡紧槽，第四弧形膨胀块13的一端加工有与第二膨胀楔形块14锥形面配合的第三斜面，第四弧形膨胀块13的另一端加工有卡装第二形状记忆合金体11的第三卡紧槽，第一弧形膨胀块3的一端加工有与第二膨胀楔形块14锥形面配合的第四斜面，第一弧形膨胀块3的另一端加工有卡装第一形状记忆合金体4的第四卡紧槽，第一膨胀楔形块9的锥形面分别与第二弧形膨胀块6的第一斜面和第三弧形膨胀块10的第二斜面配合，第三弧形膨胀块10和第四弧形膨胀块13之间设有两个第二形状记忆合金体11，每个第二形状记忆合金体11的一端卡在第三弧形膨胀块10的第二卡紧槽上，每个第二形状记忆合金体11的另一端卡在第四弧形膨胀块13的第三卡紧槽上，第二膨胀楔形块14的锥形面分别与第四弧形膨胀块13的第三斜面和第一弧形膨胀块3的第四斜面配合，第一弧形膨胀块3和第二弧形膨胀块6之间设有两个第一形状记忆合金体4，每个第一形状记忆合金体4的一端卡在第一弧形膨胀块3的第四卡紧槽上，每个第一形状记忆合金体4的另一端卡在第二弧形膨胀块6的第一卡紧槽上，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，第一锁紧固定件5为外六角螺栓，第二锁紧固定件12为外六角螺栓。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，第一形状记忆合金体4为圆柱体，第二形状记忆合金体11为圆柱体。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，第一膨胀楔形块9上加工有通孔，第一锁紧固定件5的螺纹端穿过第一膨胀楔形块9上的通孔和圆柱壳体2的侧壁并与第一螺母8固定连接，第二膨胀楔形块14上加工有通孔，第二锁紧固定件12的螺纹端穿过第二膨胀楔形块14上的通孔和圆柱壳体2的侧壁并与第二螺母15固定连接。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，它还包括第一挡块1和第二挡块7，第一挡块1靠近第一锁紧固定件5设置在圆柱壳体2的外侧壁上，第一挡块1设置在第一锁紧固定件5和圆柱壳体2之间的第一锁紧固定件5上，第二挡块7靠近第二锁紧固定件12设置在圆柱壳体2的外侧壁上，第二挡块7设置在第二锁紧固定件12和圆柱壳体2之间的第二锁紧固定件12上。其它与具体实施方式一相同。
工作原理
本发明工作时在每个第一形状记忆合金体4和每个第二形状记忆合金体11上分别包裹加热薄膜，通过加热薄膜对形状记忆合金体加热，形状记忆合金体受热变形，形状记忆合金体长度变长，形状记忆合金体支撑每个弧形膨胀块，进而使每个弧形膨胀块的外弧面压紧圆柱壳体2的内侧壁，弧形膨胀块通过两个膨胀楔形块对圆柱壳体2进行胀紧支撑，给圆柱壳施加垂直于圆柱壳体内侧壁的压应力。施加压应力的圆柱壳动刚度加强，即圆柱壳的固有频率增加。进而达到本发明的目的。

Claims (5)

1.一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，其特征在于：它包括圆柱壳体(2)、第一弧形膨胀块(3)、第一锁紧固定件(5)、第二弧形膨胀块(6)、第一膨胀楔形块(9)、第三弧形膨胀块(10)、第二锁紧固定件(12)、第四弧形膨胀块(13)、第二膨胀楔形块(14)、两个第一形状记忆合金体(4)和两个第二形状记忆合金体(11)，第二弧形膨胀块(6)和第三弧形膨胀块(10)设置在圆柱壳体(2)顶端的内侧壁上，第一膨胀楔形块(9)设置在第二弧形膨胀块(6)和第三弧形膨胀块(10)之间，第一膨胀楔形块(9)通过第一锁紧固定件(5)固定安装在圆柱壳体(2)上，第一弧形膨胀块(3)和第四弧形膨胀块(13)设置在圆柱壳体(2)底端的内侧壁上，第二膨胀楔形块(14)设置在第一弧形膨胀块(3)和第四弧形膨胀块(13)之间，第二膨胀楔形块(14)通过第二锁紧固定件(12)固定安装在圆柱壳体(2)上，两个第一形状记忆合金体(4)设置在第一弧形膨胀块(3)和第二弧形膨胀块(6)之间，第二形状记忆合金体(11)设置在第三弧形膨胀块(10)和第四弧形膨胀块(13)之间。
2.根据权利要求1所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，其特征在于：第二弧形膨胀块(6)的一端加工有与第一膨胀楔形块(9)锥形面配合的第一斜面，第二弧形膨胀块(6)的另一端加工有卡装第一形状记忆合金体(4)的第一卡紧槽，第三弧形膨胀块(10)的一端加工有与第一膨胀楔形块(9)锥形面配合的第二斜面，第三弧形膨胀块(10)的另一端加工有卡装第二形状记忆合金体(11)的第二卡紧槽，第四弧形膨胀块(13)的一端加工有与第二膨胀楔形块(14)锥形面配合的第三斜面，第四弧形膨胀块(13)的另一端加工有卡装第二形状记忆合金体(11)的第三卡紧槽，第一弧形膨胀块(3)的一端加工有与第二膨胀楔形块(14)锥形面配合的第四斜面，第一弧形膨胀块(3)的另一端加工有卡装第一形状记忆合金体(4)的第四卡紧槽，第一膨胀楔形块(9)的锥形面分别与第二弧形膨胀块(6)的第一斜面和第三弧形膨胀块(10)的第二斜面配合，第三弧形膨胀块(10)和第四弧形膨胀块(13)之间设有两个第二形状记忆合金体(11)，每个第二形状记忆合金体(11)的一端卡在第三弧形膨胀块(10)的第二卡紧槽上，每个第二形状记忆合金体(11)的另一端卡在第四弧形膨胀块(13)的第三卡紧槽上，第二膨胀楔形块(14)的锥形面分别与第四弧形膨胀块(13)的第三斜面和第一弧形膨胀块(3)的第四斜面配合，第一弧形膨胀块(3)和第二弧形膨胀块(6)之间设有两个第一形状记忆合金体(4)，每个第一形状记忆合金体(4)的一端卡在第一弧形膨胀块(3)的第四卡紧槽上，每个第一形状记忆合金体(4)的另一端卡在第二弧形膨胀块(6)的第一卡紧槽上。
3.根据权利要求1所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，其特征在于：第一锁紧固定件(5)为外六角螺栓，第二锁紧固定件(12)为外六角螺栓。
4.根据权利要求1所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，其特征在于：第一形状记忆合金体(4)为圆柱体，第二形状记忆合金体(11)为圆柱体。
5.根据权利要求3所述一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的SMA作动器，其特征在于：第一膨胀楔形块(9)上加工有通孔，第一锁紧固定件(5)的螺纹端穿过第一膨胀楔形块(9)上的通孔和圆柱壳体(2)的侧壁并与第一螺母(8)固定连接，第二膨胀楔形块(14)上加工有通孔，第二锁紧固定件(12)的螺纹端穿过第二膨胀楔形块(14)上的通孔和圆柱壳体(2)的侧壁并与第二螺母(15)固定连接。
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