CN107628229A - 一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构，属于飞机机翼结构设计领域。包括：柔性上蒙皮及柔性下蒙皮围成的机翼前缘的空腔内设置有多个桁架，桁架的两端分别与柔性上蒙皮及柔性下蒙皮滑动连接且多个桁架相互铰接，能够联动；记忆合金杆组件由第一记忆合金杆和第二记忆合金杆组成，第一记忆合金杆受热伸长，第二记忆合金杆受热变短；记忆合金杆组件分别设置在相邻两个桁架之间，且沿柔性上蒙皮及柔性下蒙皮分别均布；记忆合金杆组件受热变形，带动桁架移动，进而使柔性上蒙皮及柔性下蒙皮发生形变。本发明机构原理简单，作用效能直接，可靠性高，使得机翼前缘变形是一种灵活可控的、能连续改变机翼弯度的、可逆的、反复的智能化变形。

Description

一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构

技术领域

本发明属于飞机机翼结构设计技术领域，具体涉及一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构。

背景技术

飞机机翼前部通常布置有前缘襟翼，用于飞机在大迎角飞行时延迟失速的发生。同时前缘襟翼能增大最大升力系数，改善飞机的气动性能。

现有飞机的前缘襟翼是由铰链连接到机翼翼盒上，通过其围绕铰链的转动实现前缘襟翼的偏转，进而调整机翼的气动力，控制飞机的飞行姿态。前缘襟翼在偏转时，会造成机翼形状的突然改变，气流在经过突变转角时易发生分离，在很大程度上影响飞机的气动效率。

发明内容

本发明的目的:为了解决上述问题，本发明提出了一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构，通过温控记忆合金杆组件受热变形改变机翼前缘弯度及调整机翼前缘形状来平滑地改变翼型的形状，其可在提供与传统前缘襟翼相同升力的同时，产生更小的附加阻力，解决现有飞机前缘襟翼在偏转时气动效率下降的问题。

本发明的技术方案：一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构，包括：柔性蒙皮制作而成的机翼前缘、导线、记忆合金杆组件及桁架；

所述柔性上蒙皮及柔性下蒙皮围成的机翼前缘的空腔内设置有多个桁架，所述桁架的两端分别与柔性上蒙皮及柔性上蒙皮滑动连接且所述多个桁架相互铰接，能够联动；

记忆合金杆组件由第一记忆合金杆和第二记忆合金杆组成，第一记忆合金杆受热伸长，第二记忆合金杆受热变短；

记忆合金杆组件分别设置在相邻两个桁架之间，且沿柔性上蒙皮及柔性下蒙皮分别均布；

所述记忆合金杆组件受热变形，带动桁架移动，进而使柔性上蒙皮及柔性下蒙皮发生形变。

优选地，所述第一记忆合金杆与所述第二记忆合金杆一体式设计，两者之间的隔热层。

优选地，所述均布在柔性上蒙皮的第一记忆合金杆和第二记忆合金杆分别由两套不同的加热装置分别进行加热；

所述均布在柔性下蒙皮的第一记忆合金杆和第二记忆合金杆分别由另外两套不同的加热装置分别进行加热。

优选地，所述加热装置采用电加热的方式分别对第一记忆合金杆和第二记忆合金杆进行加热。

优选地，所述电加热装置包括：螺旋缠绕在第一记忆合金杆及第二记忆合金杆的电阻丝和连接电阻丝的导线组成。

优选地，所述柔性上蒙皮及柔性下蒙皮连接处的内侧设置有隔热结构。

优选地，所述柔性上蒙皮及柔性下蒙皮设置有与所述桁架连接的滑块，所述滑块能够沿柔性上蒙皮及柔性下蒙皮滑动。

优选地，所述记忆合金杆组件两端分别与其相邻的两个桁架铰接。

本发明技术方案的有益技术效果：本发明机构原理简单，作用效能直接，强度、刚度较高，可靠性高，使得机翼前缘变形是一种灵活可控的、能连续改变机翼弯度的、可逆的、反复的智能化变形。弯曲变形时外形光顺连续，可改善飞机的气动性能，减小飞行阻力，从而节约燃料、增加航程，提高飞机的隐身性，进而能够实时适应多种任务需求。

附图说明

图1为本发明桁架式机翼前缘连续变弯度结构的一优选实施例的结构组成示意图；

图2为图1所示实施例的记忆合金杆组件的俯视图；

图3为图1所示实施例的记忆合金杆组件剖视图；

图4为图1所示实施例的机翼前缘向下偏转变形示意图；

图5为图1所示实施例的机翼前缘圆角变形示意图；

其中，1-柔性上蒙皮，2-柔性下蒙皮，3-桁架，4-第一记忆合金杆,5-第二记忆合金杆,6-隔热层，7-电阻丝，8-导线，9-隔热片，10-滑块，11-耳片，12-记忆合金组件。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示：一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构，包括：柔性上蒙皮1、柔性下蒙皮2、桁架3及记忆合金杆组件12；

柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2由记忆合金与高温合金拼接组合而成，可在面外弯曲变形。

柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2围成的机翼前缘的空腔内设置有多个桁架3，桁架3的两端分别通过滑动副与柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2内壁滑动连接，多个桁架3依次串联铰接在一起且能够联动。

记忆合金杆组件12由第一记忆合金杆4和第二记忆合金杆5组成；

第一记忆合金杆4加热升温后会轴向伸长，由记忆形状恢复至原先形状；

第二记忆合金杆5加热升温后会轴向缩短，由记忆形状恢复至原先形状。

记忆合金杆组件12分别设置在其相邻两个桁架3之间，且沿柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2分别均布；

记忆合金杆组件12受热变形，带动与其连接的桁架3整体移动，进而使柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2发生形变，进而改变机翼前缘的气动外形。

本实施例中，记忆合金杆组件12由第一记忆合金杆4与第二记忆合金杆5一体式制作，第一记忆合金杆4与第二记忆合金杆5分界面布置有隔热层6，防止二者进行热交换影响变体功能的运转。

记忆合金杆组件12两端设置有耳片11，记忆合金杆组件12通过其耳片11分别与相邻的两个桁架3铰接，能够使桁架3与记忆合金杆组件12之间转动更加自由。

本实施例中，均布在柔性上蒙皮的第一记忆合金杆4和第二记忆合金杆5分别由两套不同的加热装置分别进行加热；

均布在柔性下蒙皮的第一记忆合金杆4和第二记忆合金杆5分别由另外两套不同的加热装置分别进行加热。

运用四套单独的加热装置分别对位于柔性上蒙皮记忆合金杆组件及位于柔性下蒙皮记忆合金杆组件实行控制，增强其变形的灵活性，操作更加简便。

本实施例中，加热装置采用电加热的方式分别对第一记忆合金杆4和第二记忆合金杆5进行加热；电加热的方式在领域内比较常规，也比较容易实施和便于分别控制。

可以理解的是：加热装置也可以选择其他形式，比如引入热气源等；电加热为本实施例的一优选的方案。

本实施例中，电加热装置包括：螺旋缠绕在第一记忆合金杆及第二记忆合金杆的电阻丝7和连接电阻丝的导线8组成。

可以理解的是：电阻丝7缠绕方式有多种，此种方式受热均匀，加热效果明显。

本实施例中，柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2连接处的内侧设置有隔热片9，避免机翼前缘端的外界高温驻点温度传导至内部智能结构，影响变体功能的运转。

本实施例中，柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2设置有与桁架3连接的滑块10，滑块10能够沿柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2滑动，滑块10能够承载多个桁架3的连接，多个桁架3相互铰接后，再通过滑块10与柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2进行连接，此种安装方式简单可靠。

下面通过机翼前缘的不同变形，详细介绍本发明的技术方案：

1)如图4所示：机翼前缘向下偏转变形的实现：

通过对机翼前缘的柔性上蒙皮1处缠绕在第一记忆合金杆4的电阻丝7通电加热，使得第一记忆合金杆4升温，驱动其轴向拉长，由于第二记忆合金杆5与第一记忆合金杆4在两端相互连接，第二记忆合金杆5受迫拉长；并对该处第二记忆合金杆5进行断电降温，使记忆合金杆组件12轴向拉长；

同时对柔性下蒙皮2处缠绕第二记忆合金杆5的电阻丝7通电加热，使得第二记忆合金杆5升温，使其轴向缩短，并对该处的第一记忆合金杆4进行断电降温，使此处记忆合金杆组件12轴向缩短；

通过柔性上蒙皮1处记忆合金杆组件12的拉长且柔性下蒙皮2处记忆合金杆组件12的缩短，从而驱动关节铰链绕铰接点作旋转运动，各级关节铰链的转动量呈链式累积，柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2通过滑槽副跟随关节铰链作相适应面外弯曲变形(面内也存在一定的伸长或缩短)，从而实现机翼前缘以整体连续光顺形态变形弯曲。

同理，其恢复原先的展平状态：

对柔性上蒙皮1处缠绕第二记忆合金杆5的电阻丝7通电加热，使得第二记忆合金杆5升温，使其轴向缩短，并对该处第一记忆合金杆4进行降温，使其轴向缩短；

同时柔性下蒙皮2处缠绕第一记忆合金杆4的电阻丝通电加热，使得形状第一记忆合金杆4升温，使其轴向拉长，并对该处的第二记忆合金杆5进行降温，使其轴向拉长；

通过柔性上蒙皮1处记忆合金杆组件12的缩短，柔性下蒙皮2处记忆合金杆组件12的拉长，实现机翼前缘以整体连续光顺形态变形弯曲，恢复原先的展平状态。

2)如图5所示：机翼前缘圆角变形的实现：

对机翼前缘前端柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2的第一记忆合金杆4的电阻丝通电加热，使得第一记忆合金杆4升温，驱动其轴向拉长，同时对该处与第一记忆合金杆4组合的第二记忆合金杆5进行降温，使其轴向拉长，通过第一记忆合金杆4、第二记忆合金杆5的拉长带动前端柔性蒙皮作相适应的弯曲变形，实现机翼前缘前端圆角的变化。

同理，对机翼前缘前端柔性上蒙皮1及柔性下蒙皮2的第二记忆合金杆5的电阻丝通电加热，使得第二记忆合金杆5升温，驱动其轴向缩短，同时对该处与第二记忆合金杆组合的形状第一记忆合金杆4进行降温，使其轴向缩短，通过第一记忆合金杆4及第二记忆合金杆5的缩短，带动机翼前缘前端恢复初始状态。

本发明采用记忆合金杆组件驱动铰接桁架偏转变构型的机翼前缘结构变体，通过对记忆合金杆通电加热或断电冷却，驱动各级铰接桁架偏转，使得每个关节铰链旋转较小的角度即可实现整个机翼前缘结构大角度连续地上下摆动变形。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于，包括：柔性上蒙皮(1)、柔性下蒙皮(2)、桁架(3)及记忆合金杆组件(12)；

所述柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)围成的机翼前缘的空腔内设置有多个桁架(3)，所述桁架(3)的两端分别与柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)滑动连接且所述多个桁架(3)相互铰接，能够联动；

记忆合金杆组件(12)由第一记忆合金杆(4)和第二记忆合金杆(5)组成，第一记忆合金杆受热伸长，第二记忆合金杆受热变短；

记忆合金杆组件(12)分别设置在相邻两个桁架(3)之间，且沿柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)分别均布；

所述记忆合金杆组件(12)受热变形，带动桁架(3)移动，进而使柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)发生形变。

2.根据权利要求1所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述第一记忆合金杆(4)与所述第二记忆合金杆(5)一体式设计，两者之间的隔热层(6)。

3.根据权利要求1所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述均布在柔性上蒙皮的第一记忆合金杆(4)和第二记忆合金杆(5)分别由两套不同的加热装置分别进行加热；

所述均布在柔性下蒙皮的第一记忆合金杆(4)和第二记忆合金杆(5)分别由另外两套不同的加热装置分别进行加热。

4.根据权利要求3所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述加热装置采用电加热的方式分别对第一记忆合金杆(4)和第二记忆合金杆(5)进行加热。

5.根据权利要求4所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述电加热装置包括：螺旋缠绕在第一记忆合金杆及第二记忆合金杆的电阻丝(7)和连接电阻丝的导线(8)组成。

6.根据权利要求1所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)连接处的内侧设置有隔热片(9)。

7.根据权利要求1所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)设置有与所述桁架连接的滑块(10)，所述滑块能够沿柔性上蒙皮(1)及柔性下蒙皮(2)滑动。

8.根据权利要求1所述的桁架式机翼前缘连续变弯度结构，其特征在于：所述记忆合金杆组件(12)两端通过其耳片(11)分别与相邻的两个桁架(3)铰接。