CN108116657A - 一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构。通过记忆弹簧驱动控制产生相应的变形以改变机翼形状，在不增加局部气动负荷的同时改变机翼表面的受力状态，保持或减小振动而不发生颤振或失速。其中双V型板位于机翼内最大厚度部位靠近机翼前缘侧，两块双V型板交叉设置通过V型板转轴和轴销连接。双V型板为上下两层对称结构，两层双V型板之间通过转轴连接，在各转轴处设有锁紧机构，用于防止转轴转动导致结构滑动。V型板转轴与机翼固连，并限制V型板转轴弦向移动，记忆弹簧连接在双V型板上下两端，以等间隔排布控制机翼翼型。减振机构具有结构简单、重量轻和易于实现，在减少振动的同时降低成本、应用范围较广。

Description

一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构

技术领域

本发明涉及一种机翼自适应减振机构，具体地说，涉及一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构。

背景技术

现有技术中，通过机翼主动控制的减振方法主要是通过旋转翼尖部分改变气动受力以及附加外伸控制面如扰流板。大部分飞机采用的气动减振控制系统主要是用翼尖小翼、扰流板搭配机械装置来实现的。目的是通过产生一个气动力矩，使得飞机在俯仰、倾斜方面做出姿态调整，从而通过改变气动参数来减小振动。它的局限性在于调整具有滞后性，对于小型飞机无法及时恢复飞机的飞行姿态。

在飞机机翼振动控制的设计中，要做到快速消除机翼颤振，必须改变机翼攻角或是改变自振频率。而在现有的飞机中，机翼的材料相对固定，故通过调节自振频率来防止振动是很难实现的。对于大展弦比的飞机，如大型无人机，其振动调节机构相对来说比较复杂，实现过程比较繁琐，导致飞机重量增加、造价高昂。因此，在大展弦比飞机上采用传统的调节机构在技术上存在很多不足之处。

在通过旋转部分机翼来减缓气动负荷方面，发明专利CN201310643782.6公开了“一种适用于大展弦比飞机的全动式翼尖阵风减缓装置”该减缓装置中全动式翼尖占机翼展长的10％～20％，翼尖上有阵风检测传感器用于检测垂直阵风，调节装置可以对扭转弹性连接轴的位置进行调节，使全动式翼尖阵风减缓装置在不同的阵风强度下都有较好的阵风减缓效果。该减缓装置主要采用了弹性旋转轴对部分机翼进行旋转，但是仍然不能从根源上解决振动问题，并且高速飞行时旋转机翼的气动载荷很大，容易导致转轴断裂，或者滑动错位；甚至无法恢复。

现有的机翼振动控制系统存在机构复杂，通常会增加机翼重量，对于小型飞机来说难以实现；其造价昂贵，通常应用于大型飞机，且仅依赖于纯气动控制；机翼不可改变翼型，容易造成气动载荷过大，导致机翼寿命减少。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构。该减振机构通过记忆弹簧驱动控制产生相应的变形以改变机翼形状，在不增加局部气动负荷的同时改变机翼表面的受力状态，保持或减小振动而不发生颤振或失速。同时满足机翼在不同条件下实现最优的气动效果，在减少振动的同时降低成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括SMA弹簧、双V型板、转轴、柔性蒙皮、V型板转轴、轴销和锁紧机构，所述双V型板为长方形，两块双V型板交叉设置通过V型板转轴和轴销连接，双V型板为上下两层对称结构，上下层双V型板之间通过转轴连接，在各转轴处设置有锁紧机构，用于防止转轴转动导致结构滑动，V型板转轴与机翼固连，且限制V型板转轴沿机翼弦向移动，所述双V型板位于机翼内最高部位靠近机翼前缘侧，双V型板呈90°夹角放置，该可变角度为60～120°；

所述SMA弹簧与所述双V型板通过铰制孔用螺栓固定，铰制孔用螺栓下部开有小孔，SMA弹簧分别连接在上下层双V型板的上端和下端，SMA弹簧沿机翼展向以5mm等间隔排布，SMA弹簧与电加热装置通过导线相连接，通过温度控制其形变，从而控制机翼；

所述双V型板上下端部与机翼接触处为半圆形结构，用于防止对机翼柔性蒙皮产生磨损。

机翼翼型采用NACA4412翼型。

所述柔性蒙皮采用柔性橡胶复合材料。

有益效果

本发明提出的一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构，通过SMA弹簧驱动结构改变翼型来控制振动，从源头上解决振动问题，并能根据不同的气动条件进行改变，通过机翼内部的作动系统来实现伸缩变形，对飞行器的外部不产生丝毫的影响，同时通过SMA弹簧实现机构变形，多数依靠简单机械装置，排除电子系统故障干扰。装置内部均为刚性材料和刚性连接，增加了控制的安全性和稳定性。

本发明机翼减振机构，采用可变翼型机翼不仅将装置与机翼融合，减少了重量，对整体空间布局影响较小，同时满足机翼在不同条件下实现最优的气动效果，在减少振动的同时降低了成本。

本发明机翼减振机构，通过双V型结构的伸缩来实现翼型改变，对飞行器的重量平衡影响较小，在很大程度上减小主动控制机翼的重量，同时保证机翼的强度；且结构简单、易于实现、反应速度快、精确度较高，可广泛应用于从商用到无人控制的不同大小的飞行器上，在降低制造难度和成本的基础上优化性能；适用于大展弦比飞机。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构作进一步详细说明。

图1为本发明基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构示意图。

图2为本发明的SMA弹簧安装部位示意图。

图3为本发明的双V型板结构示意图。

图4为本发明的较制孔用螺栓示意图。

图中:

1.柔性蒙皮 2.转轴 3.V型板转轴 4.SMA弹簧 5.双V型板 6.轴销

具体实施方式

本实施例是一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构。

参阅图1～图4，本实施例基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构，由SMA弹簧4、双V型板5、转轴2、柔性蒙皮1、V型板转轴3、轴销6和锁紧机构组成；其中，双V型板5为长方形，两块双V型板5交叉设置通过V型板转轴3和轴销6连接；双V型板5为上下两层对称结构，上下层双V型板5之间通过转轴连接；在各转轴处设置有锁紧机构，用于防止转轴转动导致结构滑动；V型板转轴与机翼固定连接，并限制V型板转轴沿机翼弦向移动。本实施例中，使用轴销6从两端固定，从而限制交叉结构的转轴轴向移动，双V型板5绕转轴转动，并且其旋转角度与另一双V型板5相同对称分布，使机翼内部结构改变。双V型板5位于机翼内最高部位，靠近机翼前缘侧，双V型板呈90°夹角放置，该可变角度为60～120°。SMA弹簧4与双V型板5通过铰制孔用螺栓固定，铰制孔用螺栓下部开有小孔，SMA弹簧4分别连接在上下层双V型板的上端和下端，SMA弹簧4沿机翼展向以5mm等间隔排布；SMA弹簧4与电加热装置通过导线相连接，通过温度控制其形变，从而控制机翼。双V型板5上下端部与机翼接触处为半圆形结构，用于防止对机翼柔性蒙皮产生磨损。机翼翼型采用NACA4412翼型。柔性蒙皮1采用柔性橡胶复合材料，能够抗磨损的同时具有良好的弹性，承受变形带来的应力。

本实施例中，在SMA弹簧4没有作用时，机翼翼型不变，锁紧机构闭合，双V型结构不会移动，如果检测到机翼振动超限，则与SMA弹簧相连的装置会作用，SMA弹簧被加热或冷却，锁紧机构打开，SMA弹簧4通过形变使得双V型板5以转轴2为顶点的张开角度同步变化，通过SMA弹簧4收缩使双V型板张开角度变大时，双V型板在机翼厚度方向高度增加，双V型板与飞机蒙皮接触的两端点相互靠近；通过SMA弹簧4拉伸使得双V型板张开角度变小时，接触的两端点远离。通过双V型板在机翼厚度方向上高度产生变化，从而改变机翼的局部厚度，以达到减小振动的目的。

本实施例中，SMA弹簧4固定在双V型板端部孔中，采用过盈配合，确保固定端承受SMA弹簧拉伸的强度。通过电加热和冷却控制SMA弹簧变形量。翼型采用NACA4412，在弦长不变的情况下，通过改变机翼最大厚度来控制翼型。

本实施例中，按照双V型板结构，整个机翼横截面最大厚度为0.3m，在与轴连接的驱动器作用后，机翼厚度开始变化，其最大厚度位置和数值如下:

时间(s)	最大厚度位置(％)	最大厚度占弦长比例(％)
			0	30.0	12.00
0.05	29.6	12.20
			0.1	29.0	12.42
0.15	28.7	12.69
			0.2	28.4	13.00
0.25	28.2	13.35
			0.3	28.0	13.76
0.35	27.9	14.18
			0.4	27.8	14.66
0.45	27.8	15.23
			0.48	27.8	15.80

由此可见，机翼从原始状态增加其厚度变化至最终状态，仅需0.48秒，因而具有快速反应调节的能力，反映其在结构上的变化效率。

由于采用SMA弹簧变形的方式来进行结构调节，使得本实施例的振动控制机构具有结构简单、重量轻、易于实现、制造成本低、应用范围广诸多特点，同时在稳定性方面较传统方法更有优势。

Claims (3)

1.一种基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构，其特征在于:包括SMA弹簧、双V型板、转轴、柔性蒙皮、V型板转轴、轴销和锁紧机构，所述双V型板为长方形，两块双V型板交叉设置通过V型板转轴和轴销连接，双V型板为上下两层对称结构，上下层双V型板之间通过转轴连接，在各转轴处设置有锁紧机构，用于防止转轴转动导致结构滑动，V型板转轴与机翼固连，且限制V型板转轴沿机翼弦向移动，所述双V型板位于机翼内最高部位靠近机翼前缘侧，双V型板呈90°夹角放置，该可变角度为60～120°；

所述SMA弹簧与所述双V型板通过铰制孔用螺栓固定，铰制孔用螺栓下部开有小孔，SMA弹簧分别连接在上下层双V型板的上端和下端，SMA弹簧沿机翼展向以5mm等间隔排布，SMA弹簧与电加热装置通过导线相连接，通过温度控制其形变，从而控制机翼；

所述双V型板上下端部与机翼接触处为半圆形结构，用于防止对机翼柔性蒙皮产生磨损。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构，其特征在于:机翼翼型采用NACA4412翼型。

3.根据权利要求1所述的基于形状记忆弹簧变形结构的机翼减振机构，其特征在于：所述柔性蒙皮采用柔性橡胶复合材料。