CN109572995B - 双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘，包括若干条间隔排布的翼肋，翼肋的一端设有转动关节，另一端连接有滑块，其内部连接有SMA驱动器，SMA驱动器的一端与翼肋边缘连接，另一端则通过连杆与翼肋边缘连接，翼肋沿其排布方向贯穿有驱动轴，所述的驱动轴上连接有驱动器。本发明采用双程SMA与液压复合驱动的模式，实现前缘传统向下偏转运动的同时，翼型形状也可以根据需要进行改变，两种驱动方式相结合，实现前缘结构的全方位变体；前缘向下偏转过程中，整个前缘与机翼中间段始终保持光滑连续，气动性能得到显著改善；可以根据不同的飞行条件改变翼型，能够显著减小飞机飞行的阻力或提高升阻比，改善飞机的飞行性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机机翼前缘，尤其涉及一种双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘。
背景技术
自适应机翼以智能材料与结构、高效驱动器、传感器等技术为基础，综合运用非定常气动力、结构动力学，非线性动力学，智能感知与控制等多个学科理论，实现“按需变形”的要求，以适应多样的飞行任务。
由于自适应机翼具有巨大的应用潜力，国内外涌现了许多的设计理念。S.Kota等在美国空军实验室基金的支持下，在NACA63418的基础上，利用柔性机构，设计并制造了可弯度前缘柔性结构。H.P.Monner等受到A380内部的传统下垂前缘的启发，提出了智能无缝前缘装置的概念。N.D.Matteo等以曲线梁为驱动，以铝作为蒙皮材料，并采用8个Ⅰ型的金属筋条进行加强。国内方面，西北工业大学的黄杰等人进行了柔性机构驱动机翼前缘的拓扑优化。黄杰等人采用拓扑优化的方法得到了驱动机翼前缘变形的柔性驱动机构实现了机翼前缘形状连续变形。哈尔滨工业大学的尹维龙等研究了采用形状记忆合金柔性蒙皮结构的可变弯度机翼。南京航空航天大学的杨媛等设计了分段式可变后缘结构，在相邻分段之间安置驱动结构，使用SMA记忆合金作为驱动元件，利用各分段之间的累积效应实现整体结构的偏转。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘，在液压驱动下实现机翼前缘结构整体连续向下偏转；在双程SMA驱动下，可以根据需要实现前缘形状的改变，实现在不同飞行条件下的最优翼型。
技术方案：本发明包括若干条间隔排布的翼肋，所述翼肋的一端设有转动关节，另一端连接有滑块，其内部连接有SMA驱动器，所述SMA驱动器的一端与翼肋边缘连接，另一端连接有连杆，所述的连杆与翼肋边缘连接，翼肋沿其排布方向贯穿有驱动轴，所述的驱动轴上连接有驱动器。
所述的驱动器为液压驱动器或位移驱动器。
所述的SMA驱动器采用双程SMA驱动器，包括第一SMA驱动器和第二SMA驱动器。
所述第一SMA驱动器的一端与第二SMA驱动器活动连接，另一端通过至少两根连杆与翼肋边缘活动连接；所述第二SMA驱动器的另一端与翼肋边缘活动连接。
所述第一SMA驱动器与第二SMA驱动器的连接处及连杆与第一SMA驱动器的连接处均贯穿有轴杆，轴杆与驱动轴一起讲所有翼肋连接成一体。
所述的翼肋沿其排布方向固定有桁条，桁条与翼肋外部包裹有前缘蒙皮，翼肋、桁条和前缘蒙皮通过铆钉或螺钉连接在一起。
所述的前缘蒙皮布设于机翼中段蒙皮的下方，并与中段蒙皮有重叠，所述的中段蒙皮通过滑块吊挂在导轨上，当前缘向下偏转时，带动前缘蒙皮向内滑动，翼肋挂接的滑块沿着导轨向内滑动，从而实现了蒙皮的连接与光滑滑动。
工作原理：液压驱动装置连接驱动轴带动整个翼肋一起绕转动关节转动，实现前缘结构的整体向下偏转，翼肋下端连接的滑块在滑轨内自由滑动，翼肋与滑块连接处的部分结构会产生弹性变形，保证前缘与机翼中间段光滑连续的过渡；SMA驱动器通过改变其温度，可伸长或缩短，加热到一定温度时缩短，冷却到一定温度时伸长，并推动相连接的翼肋或连杆，实现翼肋的弹性变形，翼肋通过桁条带动蒙皮的弹性变形，实现前缘翼型的改变。
有益效果：本发明采用双程SMA与液压复合驱动的模式，实现前缘传统向下偏转运动的同时，翼型形状也可以根据需要进行改变，两种驱动方式相结合，实现前缘结构的全方位变体；前缘向下偏转过程中，整个前缘与机翼中间段始终保持光滑连续，较传统的机翼前缘，气动性能得到显著改善；另外，前缘形状的变化，可以根据不同的飞行条件改变翼型，能够显著减小飞机飞行的阻力或提高升阻比等，改善飞机的飞行性能。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的前缘翼肋结构示意图；
图3为本发明的机翼前缘向下偏转示意图；
图4为本发明的双程SMA驱动前缘结构翼型可变示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括翼肋1、桁条2、前缘蒙皮3、转动关节4、前墙5、驱动器6、滑轨7、滑块8、第一连杆9、第二连杆10、第一SMA驱动器11和第二SMA驱动器12。如图1所示，机翼前缘由若干条间隔均匀排布的翼肋1组成，翼肋1的上端设有转动关节4，使整个前缘结构可以绕转动关节4偏转；下端连接有滑块8，并可以在滑轨7中自由滑动，保证前缘与机翼中段的光滑连接过渡。如图2所示，每个翼肋1内部均设有SMA驱动器，SMA驱动器采用双程SMA驱动器，包括第一SMA驱动器11和第二SMA驱动器12，第一SMA驱动器11的一端与第二SMA驱动器12连接，另一端与两根连杆，即第一连杆9和第二连杆10连接，第一连杆9和第二连杆10分别与翼肋1的边缘活动连接，第二SMA驱动器12的另一端也与翼肋1的边缘活动连接。双程SMA驱动器可以伸长或缩短，连杆和两个SMA驱动器一起与翼肋1连接成为一个整体，并在连接处可以自由转动。
如图1所示，翼肋1沿其排布方向连接有桁条2，翼肋1与桁条2外部包裹有前缘蒙皮3，翼肋1、桁条2和前缘蒙皮3通过铆钉或螺钉连接在一起，前缘蒙皮3布设于机翼中段蒙皮的下方，并与中段蒙皮有部分重叠，中段蒙皮通过滑块8吊挂在导轨7上。翼肋1沿其排布方向还贯穿有一根驱动轴，通过该驱动轴将所有翼肋连接到一起。驱动轴上套有液压驱动器或类似的位移驱动器6，驱动器6的数量可以为一个或多个，如图1所示，采用两个液压驱动器或类似的位移驱动器6。液压驱动器或类似的位移驱动器同时同步带动驱动杆运动，驱动器6的一端连接翼肋1的同步驱动轴，另一端固定于机翼的中间支撑段，并可以在固定端自由转动，采用同轴驱动模式，实现前缘绕转动关节4的偏转。第一SMA驱动器11与第二SMA驱动器12的连接处及连杆与第一SMA驱动器11的连接处均贯穿有轴杆，轴杆与驱动轴一起讲所有翼肋连为一体。
驱动器6连接驱动轴带动整个翼肋一起绕转动关节4转动，实现前缘结构的整体向下偏转，翼肋1下端连接的滑块8在滑轨7内自由滑动，翼肋1与滑块8连接处的部分结构会产生弹性变形，保证前缘与机翼中间段的光滑连续与过渡，前缘向下偏转示意图如图3所示。
SMA驱动器通过改变其温度，可伸长或缩短，加热到一定温度时缩短，冷却到一定温度时伸长，推动相连接的翼肋1或连杆，实现翼肋1的弹性变形，翼肋1通过桁条2带动前缘蒙皮3产生弹性变形，实现前缘翼型的改变，翼型的变化如图4所示。两种驱动模式既可以同步运动，也可以分别独立运动，从而满足前缘翼型在不同飞行条件下的变形要求。
具体运动过程包括：
1)整个前缘结构绕转动关节向下偏转转动：
驱动器同时同步驱动，带动驱动杆运动，驱动器连接翼肋的同步驱动轴，驱动器另一端固定于机翼中间支撑段，并可以在固定端自由转动。向下偏转时，前缘上端沿转动关节转动，下端蒙皮向机翼中段滑动，如图3所示。前缘蒙皮布置于中段蒙皮下方并与中段蒙皮有部分重叠，中段蒙皮通过连接滑块吊挂在导轨上。当前缘向下偏转时，带动前缘蒙皮向内滑动，翼肋挂接的滑块沿着导轨向内滑动，从而实现了蒙皮的连接与光滑滑动。
2)前缘结构翼型变化：
对双程SMA驱动器加热一段时间，温度升高到材料的相变点温度时，材料产生金属相变，由马氏体向奥氏体转变，驱动器长度变短，同时产生很大的驱动力；反之，当温度由高到低逐渐降低，SMA驱动器由短变长，也产生较大的驱动力；SMA两种不同的驱动方式，带动相连接的连杆和翼肋，使其外形产生形变，如图4所示。
Claims (4)
1.一种双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘，包括若干条间隔排布的翼肋(1)，其特征在于，所述翼肋(1)的一端设有转动关节(4)，另一端连接有滑块(8)，其内部连接有SMA驱动器，所述SMA驱动器的一端与翼肋(1)边缘连接，另一端连接有连杆，所述的连杆与翼肋(1)边缘连接，翼肋(1)沿其排布方向贯穿有驱动轴，所述的驱动轴上连接有驱动器(6)，所述的SMA驱动器采用双程SMA驱动器，包括第一SMA驱动器(11)和第二SMA驱动器(12)，所述第一SMA驱动器(11)的一端与第二SMA驱动器(12)活动连接，另一端通过至少两根连杆与翼肋(1)边缘活动连接；所述第二SMA驱动器(12)的另一端与翼肋(1)边缘活动连接，所述的翼肋(1)沿其排布方向固定有桁条(2)，桁条(2)与翼肋(1)外部包裹有前缘蒙皮(3)。
2.根据权利要求1所述的双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘，其特征在于，所述的驱动器(6)为液压驱动器或位移驱动器。
3.根据权利要求1所述的双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘，其特征在于，所述第一SMA驱动器(11)与第二SMA驱动器(12)的连接处及连杆与第一SMA驱动器(11)的连接处均贯穿有轴杆。
4.根据权利要求1所述的双程形状记忆合金和液压复合驱动的可变翼型机翼前缘，其特征在于，所述的前缘蒙皮(3)布设于机翼中段蒙皮的下方，并与中段蒙皮有重叠，所述的中段蒙皮通过滑块(8)吊挂在导轨(7)上。
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