CN108891577A - 一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼 - Google Patents

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张伟
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Abstract

本发明公开了一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，包括弯度不可变的机翼前段、可变弯度的机翼后缘段，机翼前段包括翼肋、前段蒙皮；可变弯度的机翼后缘段包括摆杆、上驱动装置、下驱动装置，摆杆通过铰链的方式与翼肋连接，上驱动装置的一端与翼肋上部靠后位置粘接，与前段蒙皮无缝对接，另一端与摆杆通过滑动机构连接，下驱动装置的一端与翼肋下部靠后位置粘接，与前端蒙皮无缝对接，另一端与摆杆通过滑动机构连接。本发明结合压电纤维复合材料和碳纤维的优点，实现了机翼后缘光滑、连续的变弯度，从而改善了机翼的压力分布，显著提高了飞机的飞行性能，具有结构简单、质量轻、飞行性能高等优点，提高了飞机的气动效率，降低油耗。

Description

一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼
技术领域
本发明涉及一种压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼结构，属于后缘驱动装置技术领域
背景技术
随着现代飞机飞行速度的不断提高，如何提高飞机的气动性能一直是设计师重点关注的内容之一。传统的飞机设计由于采用固定翼方式，只能在设计点附近获得最大的气动性能，但由于飞机在飞行任务中气动环境是变化的，为了使飞机在飞行中得到最大的气动性能优化，自适应机翼技术运用而生。其中后缘变弯度机翼因其气动效率高的特点，一直是研究者们的研究热点。
早期的后缘变弯度机翼在结构上往往采用机械设计，这种情况下机翼的形状变化是不连续的，造成机翼表面气流提前分离，严重影响了飞机的表面气流特性。此外诸如液压或电机的驱动方式，使得飞机产生设计质量增加、结构复杂、机动性能不理想等一系列问题。
随着智能材料的不断发展，形状记忆合金、压电材料等智能材料越来越多的使用于自适应机翼设计。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，它可以解决现有的后缘变弯度机翼变形结构复杂、重量大、机动性能差的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，包括弯度不可变的机翼前段、可变弯度的机翼后缘段；所述的弯度不可变的机翼前段包括翼肋和前段蒙皮；所述的可变弯度的机翼后缘段包括摆杆、上驱动装置和下驱动装置，摆杆通过铰链的方式与翼肋连接，上驱动装置的一端与翼肋上部靠后位置粘接，并与前段蒙皮无缝对接，上驱动装置的另一端与摆杆通过滑动机构连接，下驱动装置的一端与翼肋下部靠后位置粘接，与前端蒙皮无缝对接，另一端与摆杆通过滑动机构连接。
更进一步地，所述的摆杆为对称结构设计，在中轴线靠后位置两侧各开两个滑槽，中间位置开有减重孔。
上驱动装置包括上表面蒙皮和压电纤维复合材料，上表面蒙皮粘接至少一个压电纤维复合材料；下驱动装置包括下表面蒙皮和压电纤维复合材料，下表面蒙皮上粘接至少一个压电纤维复合材料，粘接在上表面蒙皮的压电纤维复合材料与粘接在下表面蒙皮上的压电纤维复合材料成对设置。
滑动机构分成上滑动机构和下滑动机构，上滑动机构由滑动连接的上滑杆和上滑槽组成，其中上滑杆固定在上表面蒙皮上靠近尾缘的内侧，上滑槽位于摆杆末端中轴线以上；下滑动机构由滑动连接的下滑杆和下滑槽组成，其中下滑杆固定在下表面蒙皮上靠近尾缘的内侧，下滑槽位于摆杆末端中轴线以下。
翼肋、摆杆、上滑杆、下滑杆、前段蒙皮和上表面蒙皮和下表面蒙皮材料均由碳纤维复合材料制成。
粘接时所用的粘接剂为环氧树脂。
压电纤维复合材料各自连接一个独立的高压电源，高压电源的输出范围为-500V～+1500V，各压电纤维复合材料连接的高压电源相互独立，输出电压互不干扰，如此设置，使各压电纤维复合材料的驱动力相互独立。
本发明的有益效果是：碳纤维作为一种新型纤维材料，其强度高，密度低，可作为机翼的主要承载材料。压电纤维复合材料(MFC)响应速度快、质轻、易于控制。本发明结合了压电纤维复合材料和碳纤维的优点设计了一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，实现了机翼后缘光滑、连续的变弯度技术，从而改善了机翼的压力分布，显著提高了飞机的飞行性能，与现有的类似机翼相比，具有结构简单、质量轻、飞行性能高等优点，提高了飞机的气动效率，降低油耗。
附图说明
图1是本发明一个实施例的机翼整体视图；
图2是图1所示实施例中变弯度后缘的局部视图；
图3是图2的正视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1、图2所示，本实施例的后缘变弯度机翼，包括弯度不可变的机翼前段、可变弯度的机翼后缘段，所述的弯度不可变的机翼前段包括翼肋2和前段蒙皮1，所述的可变弯度的机翼后缘段包括摆杆4、上驱动装置3、下驱动装置5，摆杆4通过铰链7与翼肋2连接，上驱动装置3的一端与翼肋2上部靠后位置粘接，与前段蒙皮1无缝对接，另一端与摆杆4通过滑动机构连接，下驱动装置5的一端与翼肋2下部靠后位置粘接，与前端蒙皮1无缝对接，另一端与摆杆4通过滑动机构连接。
如图2、图3所示，所述的上驱动装置3包括上表面蒙皮6和压电纤维复合材料8，上表面蒙皮6粘接至少一个压电纤维复合材料8，下驱动装置5包括下表面蒙皮12和压电纤维复合材料11，下表面蒙皮12上粘接至少一个压电纤维复合材料11，粘接在上表面蒙皮6的压电纤维复合材料8与粘接在下表面蒙皮12上的压电纤维复合材料11成对设置。
滑动机构分成上滑动机构和下滑动机构，上滑动机构由滑动连接的上滑杆9和上滑槽4-1组成，其中上滑杆9固定在上表面蒙皮6上靠近尾缘的内侧，与之活动连接的上滑槽4-1位于摆杆4末端中轴线以上；下滑动机构由滑动连接的下滑杆10和下滑槽4-2组成，其中下滑杆10固定在下表面蒙皮12上靠近尾缘的内侧，与之活动连接的下滑槽4-2位于摆杆4末端中轴线以下。
翼肋2、摆杆4、上滑杆9、下滑杆10、前段蒙皮1、上表面蒙皮6和下表面蒙皮12均由碳纤维复合材料制成。
所用粘接剂为环氧树脂。
压电纤维复合材料各自连接一个独立的高压电源，高压电源的输出范围为-500V～+1500V，各压电纤维复合材料连接的高压电源相互独立，输出电压互不干扰。
在本实施例中，对粘接在上表面蒙皮6的压电纤维复合材料8通正电压，上表面蒙皮6伸长，对粘接在下表面蒙皮12上的压电纤维复合材料11通负电压，下表面蒙皮12收缩，上滑杆9、下滑杆10在滑槽中相对滑动，带动摆杆4绕转动中心向下偏转，从而实现机翼后缘连续光滑的向下偏转。反之，可实现机翼后缘段连续、光滑的向上偏转。
以上结合附图对本发明的一个具体实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。任何在本发明的思路和原则之内所作的任何变动、替换等，均属于本发明的权利要求保护范畴。

Claims (7)

1.一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：包括弯度不可变的机翼前段、可变弯度的机翼后缘段；所述的弯度不可变的机翼前段包括翼肋和前段蒙皮；所述的可变弯度的机翼后缘段包括摆杆、上驱动装置和下驱动装置，摆杆通过铰链的方式与翼肋连接，上驱动装置的一端与翼肋上部靠后位置粘接，并与前段蒙皮无缝对接，上驱动装置的另一端与摆杆通过滑动机构连接，下驱动装置的一端与翼肋下部靠后位置粘接，与前端蒙皮无缝对接，另一端与摆杆通过滑动机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：所述的摆杆为对称结构设计，在中轴线靠后位置两侧各开两个滑槽，中间位置开有减重孔。
3.根据权利要求1所述的一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：上驱动装置包括上表面蒙皮和压电纤维复合材料，上表面蒙皮粘接至少一个压电纤维复合材料；下驱动装置包括下表面蒙皮和压电纤维复合材料，下表面蒙皮上粘接至少一个压电纤维复合材料，粘接在上表面蒙皮的压电纤维复合材料与粘接在下表面蒙皮上的压电纤维复合材料成对设置。
4.根据权利要求1所述的一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：滑动机构分成上滑动机构和下滑动机构，上滑动机构由滑动连接的上滑杆和上滑槽组成，其中上滑杆固定在上表面蒙皮上靠近尾缘的内侧，上滑槽位于摆杆末端中轴线以上；下滑动机构由滑动连接的下滑杆和下滑槽组成，其中下滑杆固定在下表面蒙皮上靠近尾缘的内侧，下滑槽位于摆杆末端中轴线以下。
5.根据权利要求1所述的一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：翼肋、摆杆、上滑杆、下滑杆、前段蒙皮和上表面蒙皮和下表面蒙皮材料均由碳纤维复合材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：粘接时所用的粘接剂为环氧树脂。
7.根据权利要求1所述的一种用压电纤维复合材料驱动的后缘变弯度机翼，其特征在于：压电纤维复合材料各自连接一个独立的高压电源，高压电源的输出范围为-500V～+1500V，各压电纤维复合材料连接的高压电源相互独立，输出电压互不干扰，如此设置，使各压电纤维复合材料的驱动力相互独立。
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