CN108639357B - 一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，包括：充压腔；充压腔的外侧壁设有外蒙皮，内侧壁设有内蒙皮；充压腔的外侧壁和充压腔的内侧壁之间设有多个互相平行且贯穿所述充压腔的条形槽；条形槽内设有将条形槽分隔成位于充压腔外侧的外侧槽和位于充压腔内侧的内侧槽的隔板；外侧槽和内侧槽内均设有轴线与条形槽的延伸方向相对应的充压管；充压管的两端分别与条形槽的槽壁连接；充压管上设有进气口；蒙皮还包括多个上端与内蒙皮铰接的支撑气柱。本发明克服了传统油箱蒙皮不能变形的缺点，随着燃油的消耗，本发明能够产生向内的弯曲变形，使本发明的空气阻力减小，从而使得飞机的飞行性能提高，也减少了燃油消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，属于飞行器智能油箱蒙皮领域。
背景技术
常规的飞机油箱一般是针对单一飞行状态下气动效率最优的情况进行设计的，无法做到在飞行包线的各个状态都具有最佳的气动效率。典型的飞行任务一般由几个不同的操作环节组成，且飞行器往往需要完成多种组合任务，常规的飞机油箱很难满足飞行器对多种任务执行能力的需求。飞行器在实际飞行过程中需要面临不同的飞行环境，这就需要飞行器的机翼形状产生变化，此外飞机油箱蒙皮也需要随着燃油的消耗而产生变化，从而减小飞行阻力。
变体飞行器是一个复杂而繁琐的系统，它包括变形蒙皮、驱动器、机翼基础结构及其相关机制。每个部分的研制都需要在柔性、刚度和重量之间进行权衡以获得最佳的性能。除了要考虑结构设计，变形状态下的气动性能变化以及相关控制策略的研究也面临巨大挑战。尽管变体飞行器在机构设计、气动设计和控制策略设计等方面都存在很多难以攻克的技术难题，但变体飞行器在飞行灵活性、扩展飞行包线以及多飞行任务等方面的优势还是吸引了大批研究者，变体飞行系统也被认为是未来飞行器设计的重要组成部分。近年来，智能材料与结构的出现和迅猛发展为变体飞行器的发展提供了良好的材料基础。
目前，能够实现变形功能的蒙皮主要可以分为三大类。第一类是通过材料本身来实现，如柔性和弹性比较大的橡胶类材料。第二类是通过机构来实现变形，采用分片式可移动的传统硬蒙皮是通过机构来实现变形的典型代表。第三类是通过结构来实现变形，如波纹材料是通过结构来实现变形的典型代表。
因此，综合分析目前机翼可变飞行器的研究现状，现有的基于智能结构和材料的可变体飞行器尚处于概念研究阶段，距离工程实用还有很大的距离，亟需一种重量轻、承载力强、可实现多种变形且变形控制精度高的可变体结构。
发明内容
为了克服传统油箱蒙皮存在的承载能力不足、变形量小等问题，本发明提供一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，本发明能够产生复杂变形，从而减少飞行中的阻力；具有承载能力，能够承受飞行过程中作用于表面的各种气动升力和阻力；具有耐高温特性，能够阻隔飞行过程中由于摩擦力而产生的高温。
本发明采用的技术手段如下：
一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，包括：充压腔，其为所述蒙皮的主体结构；
所述充压腔的外侧壁设有外蒙皮，内侧壁设有内蒙皮；
所述充压腔的外侧壁和所述充压腔的内侧壁之间设有多个互相平行且贯穿所述充压腔的条形槽；
所述条形槽内设有将所述条形槽分隔成位于所述充压腔外侧的外侧槽和位于所述充压腔内侧的内侧槽的隔板；
所述外侧槽和所述内侧槽内均设有轴线与所述条形槽的延伸方向相对应的充压管；
所述充压管的两端分别与所述条形槽的槽壁连接；
所述充压管上设有进气口；
所述蒙皮还包括多个上端与所述内蒙皮铰接的支撑气柱。
所述外蒙皮与所述充压腔粘接，其为光滑板结构，减少飞行过程中与空气的摩擦阻力，其材料为凯夫拉纤维，相对于传统的航空铝制飞机蒙皮而言，此材料不仅强度高而且重量轻，此外还可以起到隔热的效果；
所述内蒙皮与所述充压腔粘接，其为波纹板结构，且波纹延伸方向垂直于相对应的所述外侧槽和所述内侧槽内两个所述充压管轴线所在平面，所述内蒙皮在所述条形槽的延伸方向上由于每个波纹都可产生扩张或收缩，变形累积效应使得相对于平板结构更易弯曲，且在垂直于所述条形槽的延伸方向上有一定的刚度可以抵抗弯曲变形。
所述外侧槽和所述内侧槽关于所述隔板对称。
所述充压腔的材料为橡胶，延展性能良好，很小的驱动力就可以产生大变形。
所述充压管为一种大泊松比网壳轴向驱动器，所述充压管的两端分别与所述条形槽的槽壁粘结，所述充压管外设有防止所述充压管过不变形的织网，通过所述进气口给所述充压管充压时，所述充压管沿径向膨胀，沿轴向收缩，驱动所述蒙皮产生弯曲变形；
不同位置的所述充压管充压可以使所述蒙皮产生不同的变形，由于所述充压管的两端与所述条形槽的槽壁连接，所述充压管收缩将会引起所述充压腔的弯曲变形，对位于所述外侧槽的所述充压管充压时，所述蒙皮产生向上的弯曲，对位于所述内侧槽的所述充压管充气时，所述蒙皮产生向下的弯曲。
所述支撑气柱的下端与油箱内部的支座铰接，所述支撑气柱上设有支撑气柱进气口和支撑气柱出气口。
所述支撑气柱既起到承载的作用，又起到驱动的作用。压力固定时，所述支撑气柱的长度不会改变，此时可以保持当前状态，起到承载作用。改变压力差时，所述支撑气柱的长度改变，从而带动所述蒙皮结构产生变形，起到驱动作用；
改变所述支撑气柱的数量和位置，可以控制所述蒙皮变形的形状，从而使变形更可控。
本发明具有以下优点：
1.本发明克服了传统油箱蒙皮不能变形的缺点，随着燃油的消耗，本发明能够产生向内的弯曲变形，使本发明的空气阻力减小，从而使得飞机的飞行性能提高，也减少了燃油消耗；
2.本发明中的支撑气柱承载结构，克服了传统柔性蒙皮承载能力不足的问题，而且气柱不仅作为承载件使得本发明的刚度得以提高，而且作为驱动件使得本发明的变形量增大；
3.本发明中通过改变支撑气柱的位置可以控制本发明的变形形状，通过改变支撑气柱的数量，可以提高变形的精度，使得变形更可控。
基于上述理由本发明可在飞行器智能油箱蒙皮等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的具体实施方式中一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮的结构示意图；
图2为本发明的具体实施方式中充压腔的结构示意图；
图3为本发明的具体实施方式中支撑气柱的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1-图3所示，一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，包括：充压腔2；
所述充压腔2的外侧壁设有外蒙皮1，内侧壁设有内蒙皮4；
所述充压腔2的外侧壁和所述充压腔2的内侧壁之间设有多个互相平行且贯穿所述充压腔2的条形槽8；
所述条形槽8内设有将所述条形槽8分隔成位于所述充压腔2外侧的外侧槽和位于所述充压腔2内侧的内侧槽的隔板；
所述外侧槽和所述内侧槽内均设有轴线与所述条形槽8的延伸方向相对应的充压管3；
所述充压管3的两端分别与所述条形槽8的槽壁连接；
所述充压管3上设有进气口；
所述蒙皮还包括多个上端与所述内蒙皮4铰接的支撑气柱5。
所述外蒙皮1与所述充压腔2粘接，其为光滑板结构，其材料为凯夫拉纤维；
所述内蒙皮4与所述充压腔2粘接，其为波纹板结构，且波纹延伸方向垂直于相对应的所述外侧槽和所述内侧槽内两个所述充压管3轴线所在平面。
所述外侧槽和所述内侧槽关于所述隔板对称。
所述充压腔2的材料为橡胶。
所述充压管3为一种大泊松比网壳轴向驱动器，所述充压管3的两端分别与所述条形槽8的槽壁粘结，所述充压管3外设有防止所述充压管3过不变形的织网。
所述支撑气柱5的下端与油箱内部的支座铰接，所述支撑气柱5上设有支撑气柱进气口6和支撑气柱出气口7。
所述蒙皮的工作流程为：
对所述充压管3内加压，所述充压管3将会产生轴向的伸缩变形，由于所述充压管3两端分别与所述条形槽8的槽壁连接，所述充压管3的伸缩将会带动充压腔2产生弯曲变形。分别位于相对应的所述外侧槽和所述内侧槽(同一所述条形槽8)内的所述充压管3上下分布，对不同位置的所述充压管3充压将会产生不同方向的弯曲变形。对位于所述外侧槽的所述充压管3充压时，所述蒙皮产生向上的弯曲，对位于所述内侧槽的所述充压管3充气时，所述蒙皮产生向下的弯曲。给不同所述条形槽8内的上下交错的所述充压管3充压时，所述蒙皮将会产生复杂的“S”型变形。所述支撑气柱5上端与所述内蒙皮4铰接，下端与油箱内部的支座铰接。支撑气柱5有支撑气柱进气口6和支撑气柱出气口7，当支撑气柱进气口6和支撑气柱出气口7压力相同时，支撑气柱5长度保持不变，起支撑作用，抵抗整个蒙皮结构的弯曲变形。支撑气柱进气口6和支撑气柱出气口7改变压力差时，支撑气柱5将会伸长或缩短，通过改变压力差，改变支撑气柱5的长度，由于支撑气柱5和内蒙皮4连接，支撑气柱5的上下运动将带动所述蒙皮上下弯曲。不同的位置分布不同长度的支撑气柱5，并且分别控制支撑气柱5的伸长和收缩，此时整个结构产生复杂的“S”型变形。支撑气柱5与充压管3配合，使得变形量大大增加，提高所述蒙皮的承载能力。优化支撑气柱5的数量和分布位置，可以得到更好的变形结构，使变形形状以及变形量得以精确控制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (5)
1.一种具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，其特征在于，包括：充压腔；
所述充压腔的外侧壁设有外蒙皮，内侧壁设有内蒙皮；
所述充压腔的外侧壁和所述充压腔的内侧壁之间设有多个互相平行且贯穿所述充压腔的条形槽；
所述条形槽内设有将所述条形槽分隔成位于所述充压腔外侧的外侧槽和位于所述充压腔内侧的内侧槽的隔板；
所述外侧槽和所述内侧槽内均设有轴线与所述条形槽的延伸方向相对应的充压管；
所述充压管的两端分别与所述条形槽的槽壁连接；
所述充压管上设有进气口；
所述充压油箱蒙皮还包括多个上端与所述内蒙皮铰接的支撑气柱；
所述外蒙皮与所述充压腔粘接，其为光滑板结构，其材料为凯夫拉纤维；
所述内蒙皮与所述充压腔粘接，其为波纹板结构，且波纹延伸方向垂直于相对应的所述外侧槽和所述内侧槽内两个所述充压管轴线所在平面。
2.根据权利要求1所述的具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，其特征在于：所述外侧槽和所述内侧槽关于所述隔板对称。
3.根据权利要求1所述的具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，其特征在于：所述充压腔的材料为橡胶。
4.根据权利要求1所述的具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，其特征在于：所述充压管为一种大泊松比网壳轴向驱动器，所述充压管的两端分别与所述条形槽的槽壁粘结，所述充压管外设有防止所述充压管过大变形的织网。
5.根据权利要求1所述的具有承载与变形一体的充压油箱蒙皮，其特征在于：所述支撑气柱的下端与油箱内部的支座铰接，所述支撑气柱上设有支撑气柱进气口和支撑气柱出气口。
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