CN110259580A - 一种可变形调节的dsi进气道 - Google Patents

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孙健
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Abstract

本发明提供了一种可变形调节的DSI进气道，涉及形状记忆技术领域。本发明所述的可变形调节的DSI进气道，包括鼓包，所述鼓包包括蒙皮、负泊松比蜂窝和驱动装置，所述蒙皮与所述负泊松比蜂窝连接，所述负泊松比蜂窝与所述驱动装置连接；所述蒙皮由形状记忆材料制成，所述形状记忆材料包括玻璃态和橡胶态，所述玻璃态和所述橡胶态之间的相互转变受外界激励驱动；当所述形状记忆材料处于橡胶态时，所述驱动装置带动所述负泊松比蜂窝及所述蒙皮变形。本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置由形状记忆材料制成的蒙皮，以及与蒙皮连接的负泊松比蜂窝，使得鼓包能够根据实际的飞行条件改变外形，有利于飞机的飞行性能提升。

Description

一种可变形调节的DSI进气道
技术领域
本发明涉及形状记忆技术领域，具体而言，涉及一种可变形调节的DSI进气道。
背景技术
在飞机中，DSI进气道(无附面层隔道超音速进气道)采用一个固定的鼓包来模拟常规进气道中的一、二级可调斜板，能够实现对气流的压缩，以及简化结构等目的。然而，现有的DSI进气道形状由计算机根据计算流体力学预先计算出来的固定值确定，这种进气道形状在设计时考虑各种不同的飞行条件，因而是飞机在各种不同的飞行条件下的最优解，但对于具体的飞行条件，现有的 DSI进气道无法提供最好的气动外形。
由此可见，现有DSI进气道需要进一步改进。
发明内容
本发明解决的问题是现有的DSI进气道对于具体的飞行条件无法提供最好的气动外形。
为解决上述问题，本发明提供一种可变形调节的DSI进气道，包括鼓包，所述鼓包包括蒙皮、负泊松比蜂窝和驱动装置，所述蒙皮与所述负泊松比蜂窝连接，所述负泊松比蜂窝与所述驱动装置连接；所述蒙皮由形状记忆材料制成，所述形状记忆材料包括玻璃态和橡胶态，所述玻璃态和所述橡胶态之间的相互转变受外界激励驱动；当所述形状记忆材料处于橡胶态时，所述驱动装置带动所述负泊松比蜂窝及所述蒙皮变形。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置由形状记忆材料制成的蒙皮，以及与蒙皮连接的负泊松比蜂窝，使得鼓包能够根据实际的飞行条件改变外形，以在不同的飞行条件下保持最好的气动外形，从而改善了飞机的气动布局，提高了飞机的气动效率，有利于飞机的飞行性能提升。
可选地，所述蒙皮连接加热装置；所述加热装置适于对所述蒙皮加热，加热至玻璃转化温度后所述形状记忆材料由玻璃态进入橡胶态。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置加热装置与蒙皮连接，实现在各种不同的飞行条件下，对形状记忆材料实现稳定的激励，进而实现DSI 进气道的各种变形过程。
可选地，所述蒙皮还连接隔热涂层，所述蒙皮位于所述隔热涂层与所述加热装置之间。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置与蒙皮连接的隔热涂层，使得蒙皮只有在加热装置的激励下才会发生刚度改变，从而保证了对DSI进气道鼓包的有效控制。
可选地，所述隔热涂层包括气凝胶和石墨烯。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置气凝胶或石墨烯作为隔热涂层，利用气凝胶和石墨烯的隔热作用和强吸附作用，适应DSI进气道鼓包在复杂运行状态下的需求。
可选地，所述负泊松比蜂窝在变形时按照同向曲率弯曲，所述负泊松比蜂窝变形后呈现鼓包形状。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置负泊松比蜂窝在变形时按照同向曲率弯曲，变形后呈现鼓包形状，使得负泊松比蜂窝能够按照DSI进气道的各种构型实现特定的变形过程。
可选地，所述驱动装置包括变厚度板和推杆，所述变厚度板和所述推杆铰接，所述变厚度板与所述负泊松比蜂窝连接。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过在驱动装置上设置与负泊松比蜂窝连接的变厚度板，实现鼓包的特定形状形变，从而在不同的飞行条件下保持最好的气动外形。
可选地，所述推杆收缩时，所述变厚度板按照设定曲率弯曲，带动所述负泊松比蜂窝及所述蒙皮变形。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置推杆收缩时，带动变厚度板按照设定曲率弯曲，进而带动负泊松比蜂窝及蒙皮变形，从而满足进气道鼓包实现将附面层流撞开，将附面层流排到进气口范围外的功能。
可选地，所述推杆伸长时，所述变厚度板适于逐渐恢复初始状态，带动所述负泊松比蜂窝及所述蒙皮恢复初始状态。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置当DSI进气道鼓包的形状达到了现有飞行条件下的最优气动外形时，推杆停止伸长或收缩，蒙皮刚度恢复，从而将DSI进气道鼓包的形状固定。
可选地，所述蒙皮与所述负泊松比蜂窝之间通过软质粘接剂连接，所述负泊松比蜂窝与所述驱动装置之间通过软质粘接剂。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置蒙皮与负泊松比蜂窝之间通过软质粘接剂连接，负泊松比蜂窝与驱动装置之间通过软质粘接剂连接，能够有效避免脱胶的情况发生。
可选地，所述软质粘接剂包括橡胶基粘接剂。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置软质粘接剂包括橡胶基粘接剂，依照不同的机型，不同的飞行条件，使用合适的橡胶基粘接剂，满足飞机的复杂飞行条件。
附图说明
图1为本发明所述的DSI进气道鼓包处于初始状态下的示意图一；
图2为本发明所述的DSI进气道鼓包处于初始状态下的示意图二；
图3为本发明所述的DSI进气道鼓包处于凸起状态下的示意图；
图4为本发明所述的驱动装置处于初始状态下的示意图；
图5为本发明所述的驱动装置处于变形状态下的示意图；
图6为正泊松比蜂窝变形的示意图；
图7为本发明所述的负泊松比蜂窝变形的示意图；
图8为本发明所述的等厚度板变形的示意图；
图9为本发明所述的变厚度板变形的示意图。
附图标记说明：
1-蒙皮；2-负泊松比蜂窝；3-驱动装置，31-变厚度板，32-推杆。
具体实施方式
在飞机中，进气由飞机上的进口至发动机的进口的一段管道称为发动机的进气道，DSI进气道作为一种新式进气道，中文全称为无附面层隔道超音速进气道，应用在F-35等飞机上。DSI进气道作为二维进气道，没有附面层隔板，进气道处设有鼓包，该鼓包起到附面层隔板的作用，同时前掠式唇口改变了进气口附近的压力分布，使得进气口中央压力大，两侧附近压力低，且机身附近的压力最低，鼓包能将附面层流撞开，将附面层流排到进气口范围外，鼓包与前掠式唇口配合共同作用起到现有进气道的作用。DSI进气道具有结构简单、重量轻、阻力小、隐形等特点，但由于设计难度大，需要极高的空气动力学和计算机技术水平，目前也只在F35和枭龙等战机上应用。现有的DSI进气道在设计制作时，由计算机根据计算流体力学的计算值确定，这种方式确定的DSI进气道只是综合了各种飞行条件的最优形式，但对于具体的飞行条件，现有DSI进气道无法提供最好的气动外形。
在本发明的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“上”、“下”、“左”、“右”、“外”、“内”等指示方位的词语，只是为了简化描述基于说明书附图的位置关系，并不代表所指的元件和装置等必须按照说明书中特定的方位和限定的操作及方法、构造进行操作，该类方位名词不构成对本发明的限制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种可变形调节的DSI进气道，包括鼓包，所述鼓包包括蒙皮1、负泊松比蜂窝2和驱动装置3，所述蒙皮1与所述负泊松比蜂窝2连接，所述负泊松比蜂窝2与所述驱动装置3连接；所述蒙皮1由形状记忆材料制成，所述形状记忆材料包括玻璃态和橡胶态，所述玻璃态和所述橡胶态之间的相互转变受外界激励驱动；当所述形状记忆材料处于橡胶态时，所述驱动装置3带动所述负泊松比蜂窝2及所述蒙皮1变形。
具体地，结合图1-图3所示，DSI进气道鼓包包括蒙皮1、负泊松比蜂窝2 和驱动装置3，其中，蒙皮1、负泊松比蜂窝2和驱动装置3依次排列，蒙皮1 与负泊松比蜂窝2贴合，本发明附图中只示出了蒙皮1与负泊松比蜂窝2贴合的部分，这部分同时也是蒙皮1上变形形成鼓包形状的部分；驱动装置3与负泊松比蜂窝2连接，驱动负泊松比蜂窝2变形，进而带动蒙皮1变形，从而使得DSI进气道鼓包由初始状态变为凸起状态。
其中，蒙皮1由形状记忆材料制成，形状记忆材料包括玻璃态和橡胶态，在需要鼓包凸起时，形状记忆材料从玻璃态转变为橡胶态，当形状记忆材料处于橡胶态时，蒙皮1的刚度小，容易变形，此时驱动装置3带动负泊松比蜂窝2 变形，进而带动蒙皮1变形，在鼓包达到目标形状后，蒙皮1降温，形状记忆材料由橡胶态转变为玻璃态，蒙皮1的刚度恢复，从而鼓包固定在目标形状；需要说明的是，目标形状指的是针对特定飞行条件下，鼓包最好的气动外形，在该气动外形下，DSI进气道所具有的降低阻力及隐形的能力最强。
其中，负泊松比蜂窝2作为DSI进气道的部件，在本发明中首次提出，结合图7所示，负泊松比蜂窝2在变形时按照同向曲率弯曲，因此能够得到包括类球面在内的鼓包形状；负泊松比蜂窝2能够为鼓包提供较大的面外刚度，因而有利于DSI进气道鼓包的结构稳定，同时，结合图6所示，正泊松比蜂窝在变形时两端会发生翘曲，从而使得变性后的蜂窝整体呈现为双曲面，即马鞍状，这显然不符合进气道的结构要求；相比于正泊松比蜂窝变形后呈现马鞍状无法满足进气道鼓包的要求，本发明中采用负泊松比蜂窝2，能够按照DSI进气道的各种构型实现特定的变形过程。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置由形状记忆材料制成的蒙皮，以及与蒙皮连接的负泊松比蜂窝，使得鼓包能够根据实际的飞行条件改变外形，以在不同的飞行条件下保持最好的气动外形，从而改善了飞机的气动布局，提高了飞机的气动效率，有利于飞机的飞行性能提升。
可选地，所述蒙皮1连接加热装置；所述加热装置适于对所述蒙皮1加热，加热至玻璃转化温度后所述形状记忆材料由玻璃态进入橡胶态。
具体地，结合图1-图3所示，蒙皮1由形状记忆材料制成，形状记忆材料在玻璃态和橡胶态之间的转化受外界激励驱动，在本实施例中，采用加热的方式来驱动形状记忆材料的状态改变。当加热装置对蒙皮1加热至玻璃转化温度后，形状记忆材料由玻璃态进入橡胶态，当形状记忆材料处于橡胶态时，蒙皮1 的刚度小，容易变形，再通过驱动装置3带动负泊松比蜂窝2变形，进而带动蒙皮1变成与负泊松比蜂窝2相匹配的形状。其中，外界激励包括但不限于本实施例中的加热激励方式，还包括电激励和磁激励等方式，但加热激励的实现方式简易，且在飞机飞行条件下能够更加稳定进行激励；同样，在本实施例中，加热激励为电加热，简单易行。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置加热装置与蒙皮连接，实现在各种不同的飞行条件下，对形状记忆材料实现稳定的激励，进而实现DSI 进气道的各种变形过程。
可选地，所述蒙皮1还连接隔热涂层，所述蒙皮位于所述隔热涂层与所述加热装置之间。
具体地，结合图1-图3所示，为防止飞机飞行过程中，由于空气与鼓包的剧烈摩擦产生热量使得形状记忆材料自动由玻璃态转变为橡胶态，因此在蒙皮1 的外层，即与空气接触的外层设置隔热涂层，因此从上到下依次是隔热涂层、蒙皮1和加热装置，蒙皮1只有在加热装置的激励下才会发生刚度改变，从而设置隔热涂层保证了对DSI进气道鼓包的有效控制。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置与蒙皮连接的隔热涂层，使得蒙皮只有在加热装置的激励下才会发生刚度改变，从而保证了对DSI进气道鼓包的有效控制。
可选地，所述隔热涂层包括气凝胶和石墨烯。
具体地，隔热涂层依靠自身的结构特点实现隔热作用，使得蒙皮只有在加热装置的激励下才会发生刚度改变，从而保证了对DSI进气道鼓包的有效控制，应用较多的隔热涂层为气凝胶。气凝胶指的是，当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用；硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近l，并且硅气凝胶的热传导率低，隔热作用明显，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料。考虑到气凝胶的诸多优点，在本实施例中采用气凝胶作为隔热涂层，尤其是气凝胶的隔热作用和强吸附性质，能够适应DSI进气道鼓包运行需求。除此之外，也可采用包括石墨烯在内的材料作为隔热涂层。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置气凝胶或石墨烯作为隔热涂层，利用气凝胶和石墨烯的隔热作用和强吸附作用，适应DSI进气道鼓包在复杂运行状态下的需求。
可选地，所述负泊松比蜂窝在变形时按照同向曲率弯曲，所述负泊松比蜂窝变形后呈现鼓包形状。
具体地，结合图7所示，负泊松比蜂窝2在变形时按照同向曲率弯曲，因此能够得到包括类球面在内的鼓包形状；负泊松比蜂窝2能够为鼓包提供较大的面外刚度，因而有利于DSI进气道鼓包的结构稳定，同时，正泊松比蜂窝在变形时两端会发生如图6所示的翘曲，从而使得变性后的蜂窝整体呈现为双曲面，即马鞍状，这显然不符合进气道的结构要求；其中，同向曲率指的是构件上无反弯点，即构件上不会出现双曲面这种曲率方向会反向弯曲的情况。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置负泊松比蜂窝在变形时按照同向曲率弯曲，变形后呈现鼓包形状，使得负泊松比蜂窝能够按照DSI进气道的各种构型实现特定的变形过程。
可选地，所述驱动装置3包括变厚度板31和推杆32，所述变厚度板31和所述推杆32铰接，所述变厚度板31与所述负泊松比蜂窝2连接。
具体地，结合图4和图5所示，变厚度板31与推杆32铰接，同时变厚度板31与负泊松比蜂窝2连接，当推杆32收缩时，带动变厚度板31变形，进而带动负泊松比蜂窝2变形。其中，在变厚度板31变形时，负泊松比蜂窝2由于自身的负泊松比特性，产生类球面的形变，从而实现DSI进气道鼓包的凸起，凸起程度由负泊松比蜂窝2的设计泊松比确定，根据不同的飞行条件确定不同的鼓包形状，从而在不同的飞行条件下保持最好的气动外形。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过在驱动装置上设置与负泊松比蜂窝连接的变厚度板，实现鼓包的特定形状形变，从而在不同的飞行条件下保持最好的气动外形。
可选地，所述推杆32收缩时，所述变厚度板31按照设定曲率弯曲，带动所述负泊松比蜂窝2及所述蒙皮1变形。
具体地，结合图4和图5、图8和图9所示，推杆32收缩时，变厚度板31 按照设定曲率弯曲，该设定曲率按照飞机当前的飞行条件而定，以满足最好的气动外形为准，在变厚度板31产生形变后，带动负泊松比蜂窝2产生相应的形变，形成类似倒立勾型的鼓包形状，从而满足进气道鼓包实现将附面层流撞开，将附面层流排到进气口范围外的功能。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置推杆收缩时，带动变厚度板按照设定曲率弯曲，进而带动负泊松比蜂窝及蒙皮变形，从而满足进气道鼓包实现将附面层流撞开，将附面层流排到进气口范围外的功能。
可选地，所述推杆32伸长时，所述变厚度板31适于逐渐恢复初始状态，带动所述负泊松比蜂窝2及所述蒙皮1恢复初始状态。
具体地，结合图4和图5、图8和图9所示，当形状记忆材料处于橡胶态时，蒙皮1的刚度小，容易变形，推杆32伸长，变厚度板31逐渐恢复初始状态，即图4所示的状态，变厚度板31带动负泊松比蜂窝2恢复初始状态，进而带动蒙皮1恢复初始状态。需要说明的是，推杆32的伸长和收缩过程可以根据实际飞行条件进行控制，当DSI进气道鼓包的形状达到了现有飞行条件下的最优气动外形时，推杆32停止伸长或收缩，加热装置停止加热，蒙皮1冷却，刚度恢复，从而将DSI进气道鼓包的形状固定。其中，在推杆32伸长过程中，形状记忆材料的形状记忆效应能够避免蒙皮1产生褶皱。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置当DSI进气道鼓包的形状达到了现有飞行条件下的最优气动外形时，推杆停止伸长或收缩，蒙皮刚度恢复，从而将DSI进气道鼓包的形状固定。
可选地，所述蒙皮1与所述负泊松比蜂窝2之间通过软质粘接剂连接，所述负泊松比蜂窝2与所述驱动装置3之间通过软质粘接剂。
具体地，由于在鼓包变形过程中，蒙皮1与负泊松比蜂窝2之间，负泊松比蜂窝2与驱动装置之间存在相对位置变化，因此采用软质粘接剂进行粘接能够有效避免脱胶的情况发生。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置蒙皮与负泊松比蜂窝之间通过软质粘接剂连接，负泊松比蜂窝与驱动装置之间通过软质粘接剂连接，能够有效避免脱胶的情况发生。
可选地，所述软质粘接剂包括橡胶基粘接剂。
具体地，本实施例中，采用的橡胶基粘接剂包括但不限于以下：3M Products：Scotch-Weld AF 563K Film Adhesive、Scotch-Weld AF 163-2 Film Adhesive、 Scotch-Weld EC 3333B/A 2-Part Paste Adhesive、Scotch-Weld EC 3448 Paste Adhesive(1-Part)；Loctite Products：EA 9309.3NA Epoxy Paste Adhesive、615、U-05FL。依照不同的机型，不同的飞行条件，使用合适的橡胶基粘接剂，满足飞机的复杂飞行条件；其它能够实现粘接的软质粘接剂也在本发明的保护范围内。
本发明所述的可变形调节的DSI进气道，通过设置软质粘接剂包括橡胶基粘接剂，依照不同的机型，不同的飞行条件，使用合适的橡胶基粘接剂，满足飞机的复杂飞行条件。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可变形调节的DSI进气道，包括鼓包，其特征在于，所述鼓包包括蒙皮(1)、负泊松比蜂窝(2)和驱动装置(3)，所述蒙皮(1)与所述负泊松比蜂窝(2)连接，所述负泊松比蜂窝(2)与所述驱动装置(3)连接；
所述蒙皮(1)由形状记忆材料制成，所述形状记忆材料包括玻璃态和橡胶态，所述玻璃态和所述橡胶态之间的相互转变受外界激励驱动；
当所述形状记忆材料处于橡胶态时，所述驱动装置(3)带动所述负泊松比蜂窝(2)及所述蒙皮(1)变形。
2.根据权利要求1所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述蒙皮(1)连接加热装置；
所述加热装置适于对所述蒙皮(1)加热，加热至玻璃转化温度后所述形状记忆材料由玻璃态进入橡胶态。
3.根据权利要求2所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述蒙皮(1)还连接隔热涂层，所述蒙皮(1)位于所述隔热涂层与所述加热装置之间。
4.根据权利要求3所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述隔热涂层包括气凝胶和石墨烯。
5.根据权利要求1所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述负泊松比蜂窝(2)在变形时按照同向曲率弯曲，所述负泊松比蜂窝(2)变形后呈现鼓包形状。
6.根据权利要求1所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述驱动装置(3)包括变厚度板(31)和推杆(32)，所述变厚度板(31)和所述推杆(32)铰接，所述变厚度板(31)与所述负泊松比蜂窝(2)连接。
7.根据权利要求6所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述推杆(32)收缩时，所述变厚度板(31)按照设定曲率弯曲，带动所述负泊松比蜂窝(2)及所述蒙皮(1)变形。
8.根据权利要求7所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述推杆(32)伸长时，所述变厚度板(31)适于逐渐恢复初始状态，带动所述负泊松比蜂窝(2)及所述蒙皮(1)恢复初始状态。
9.根据权利要求1所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述蒙皮(1)与所述负泊松比蜂窝(2)之间通过软质粘接剂连接，所述负泊松比蜂窝(2)与所述驱动装置(3)之间通过软质粘接剂。
10.根据权利要求9所述的可变形调节的DSI进气道，其特征在于，所述软质粘接剂包括橡胶基粘接剂。
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