CN110341934A - 一种机翼、形变装置及飞机 - Google Patents

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雷鹏轩
吕彬彬
王元靖
袁卫峰
寇西平
郭洪涛
闫昱
杨兴华
曾开春
查俊
余立
刘靖
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Abstract

本申请提供一种机翼、形变装置及飞机，机翼包括第一机翼和第二机翼；第一机翼包括连接件及气囊；连接件设置在第一机翼的一端，气囊设置在连接件内部，以使连接件随气囊的充气发生延伸形变或随所述气囊的放气发生收缩形变；第二机翼的一端通过连接件与所述第一机翼连接，以使第一机翼在连接件发生延伸形变时，随连接件的延伸形变做远离第二机翼确定的水平面的运动或在连接件发生收缩形变时，随连接件的收缩形变做靠近第二机翼确定的水平面的运动。采用本申请提供机翼、形变装置及飞机，能够以轻巧的结构实现机翼的快速变形。

Description

一种机翼、形变装置及飞机
技术领域
本申请涉及航天领域，具体而言，涉及一种机翼、形变装置及飞机。
背景技术
随着航天航空技术的高速发展，飞机机翼的变形已经成为研发热点。现有技术中，对于机翼的变形主要有两种方式，第一种为在机翼中铺设压电材料薄膜作动器，这种方式虽然可实现高速率变形，但形式单一的压电驱动器能够产生的应变量过小，而压电叠堆驱动器则会造成结构重量增加、控制难度增加等问题。第二种为在机翼中设置形状记忆合金驱动器对实现对机翼的变形控制，虽然可实现较大的变形，但变形速率很低，在实际应用中受到会一定限制。
有鉴于此，如何提供一种结构轻巧，变形速率大的变形机翼，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本申请提供一种机翼、形变装置及飞机。
第一方面，本申请提供一种机翼，包括第一机翼和第二机翼；
所述第一机翼包括连接件及气囊；
所述连接件设置在所述第一机翼的一端，所述气囊设置在所述连接件内部，以使所述连接件随所述气囊的充气发生延伸形变或随所述气囊的放气发生收缩形变；
所述第二机翼的一端通过所述连接件与所述第一机翼连接，以使所述第一机翼在所述连接件发生延伸形变时，随所述连接件的延伸形变做远离所述第二机翼确定的水平面的运动或在所述连接件发生收缩形变时，随所述连接件的收缩形变做靠近所述第二机翼确定的水平面的运动。
可选地，所述连接件包括形变结构和柔性蒙皮；
所述形变结构包括第一支撑件、第二支撑件和支撑板；
所述第一支撑件和第二支撑件设置在所述支撑板的一侧，用于形成容置所述气囊的容置腔；
所述柔性蒙皮的一端与所述第一支撑件远离所述支撑板的一端连接，另一端与所述第二支撑件远离所述支撑板的一端连接，以使所述柔性蒙皮在所述容置腔中的气囊充气导致所述第一支撑件和第二支撑件做远离所述气囊的运动时，所述柔性蒙皮拉伸运动，在所述容置腔中的气囊放气导致所述第一支撑件和第二支撑件做靠近所述气囊的运动时，所述柔性蒙皮回缩运动。
可选地，所述连接件包括多个所述形变结构及设置在各所述形变结构中的多个所述气囊，其中，多个所述形变结构首尾相连；
各所述形变结构根据控制指令控制各所述形变结构中的所述气囊进行充气或放气。
可选地，所述第一机翼包括第三机翼和转动件；
所述第三机翼通过所述转动件可转动的设置在所述第一机翼远离所述第二机翼的一端，以使所述第三机翼可折叠至所述第一机翼的一侧。
可选地，所述第一机翼包括第一侧面和第二侧面；
所述第一侧面和第二侧面的一端连接，另一端与所述柔性蒙皮靠近所述第一侧面的一端连接；
所述第二侧面的另一端与所述支撑板靠近所述第二侧面的一端连接；
所述第一侧面和第二侧面相连的一端形成的夹角范围为0°至30°。
可选地，所述柔性蒙皮由弹性橡胶材料制作。
可选地，所述支撑板由弹簧钢制作。
第二方面，本申请提供一种机翼形变装置，所述机翼形变装置包括控制器、电气比例调节阀、空气压缩机和第一方面所述的机翼；
所述控制器分别与所述机翼和电气比例调节阀连接；
所述空气压缩机与所述电气比例调节阀连接；
所述控制器用于发送控制指令到所述电气比例调节阀；
所述电气比例调节阀用于根据所述控制指令控制所述空气压缩机对所述气囊进行充气或放气。
可选地，所述机翼形变装置还包括应变计；
所述应变计设置在所述连接件中，以反馈所述连接件的形变状态。
第三方面，本申请提供一种飞机，包括飞机主体和第一方面所述的机翼；
所述机翼设置在所述飞机的两侧，用于提供所述飞机飞行的升力。
本申请提供一种机翼、形变装置及飞机，机翼包括第一机翼和第二机翼；第一机翼包括连接件及气囊；连接件设置在第一机翼的一端，气囊设置在连接件内部，以使连接件随气囊的充气发生延伸形变或随所述气囊的放气发生收缩形变；第二机翼的一端通过连接件与所述第一机翼连接，以使第一机翼在连接件发生延伸形变时，随连接件的延伸形变做远离第二机翼确定的水平面的运动或在连接件发生收缩形变时，随连接件的收缩形变做靠近第二机翼确定的水平面的运动。采用本申请提供机翼、形变装置及飞机，能够通过对气囊及连接件的巧妙设置，解决机翼变形慢、结构复杂的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的机翼的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的机翼形变状态下的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的连接件的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的机翼形变装置的结构示意图。
图标：1-机翼；10-第一机翼；100-连接件；101-柔性蒙皮；102-第一支撑件；103-第二支撑件；104-支撑板；110-气囊；20-第二机翼；2-控制器；3-电气比例调节阀；4-空气压缩机。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的具体实施方式进行详细说明。
请结合参照图1及图2。图1为本申请实施例提供的机翼1的结构示意图，图2为本申请实施例提供的机翼1形变状态下的结构示意图。机翼1包括第一机翼10和第二机翼20；
所述第一机翼10包括连接件100及气囊110。
所述连接件100设置在所述第一机翼10的一端，所述气囊110设置在所述连接件100内部，以使所述连接件100随所述气囊110的充气发生延伸形变或随所述气囊110的放气发生收缩形变。
所述第二机翼20的一端通过所述连接件100与所述第一机翼10连接，以使所述第一机翼10在所述连接件100发生延伸形变时，随所述连接件100的延伸形变做远离所述第二机翼20确定的水平面的运动或在所述连接件100发生收缩形变时，随所述连接件100的收缩形变做靠近所述第二机翼20确定的水平面的运动。
在本实施例中，可以在第一机翼10上设置连接件100用于连接第二机翼20，并且可以将气囊110设置在连接件100中，通过气囊110的充放气导致连接件100的形变进而使第一机翼10相对第二机翼20进行形变。当气囊110充气时，此时连接件100的一侧相对固定，另一侧随气囊110充气变大发生延伸形变，一侧相对固定，另一侧延伸，可以使第一机翼10做远离第二机翼20确定的水平面的运动，即发生偏移形变。当气囊110放气时，此时连接的一侧相对固定，另一侧随气囊110放气缩小发生收缩形变，一侧相对固定，另一侧收缩，可以使第一机翼10做靠近第二机翼20确定的水平面的运动，直至复位。在本实施例中，第一机翼10形变时相对第二机翼20的偏移方向可以向下，在其他实施例中，第一机翼10形变时相对第二机翼20的偏移方向也可以向上。
值得说明的是，采用气囊110内压力的升高或降低来为连接件100提供形变的动力，相较于采用液压提供动力更为方便。机翼1运行的环境中空气非常充沛，因此不需要担心气囊110充气压力不足的问题。
应当理解的是，采用气囊110充气的方式使机翼1进行形变，机翼1形变速率相较于采用液压等方式更快，并且装置结构也更轻，对于飞机的飞行有所帮助。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的连接件100的结构示意图。所述连接件100包括形变结构和柔性蒙皮101。
所述形变结构包括第一支撑件102、第二支撑件103和支撑板104。
所述第一支撑件102和第二支撑件103设置在所述支撑板104的一侧，用于形成容置所述气囊110的容置腔。
所述柔性蒙皮101的一端与所述第一支撑件102远离所述支撑板104的一端连接，另一端与所述第二支撑件103远离所述支撑板104的一端连接，以使所述柔性蒙皮101在所述容置腔中的气囊110充气导致所述第一支撑件102和第二支撑件103做远离所述第二机翼20的运动时，所述柔性蒙皮101拉伸，在所述容置腔中的气囊110放气导致所述第一支撑件102和第二支撑件103做靠近所述第二机翼20的运动时，所述柔性蒙皮101回缩。
在本实施例中，可以将柔性蒙皮101固定在第一支撑件102和第二支撑件103远离所述支撑板104的一端，当气囊110进行充气时，气囊110的体积随着气囊110内部的压力增大而增大，增大的气囊110逐渐开始挤压第一支撑件102和第二支撑件103，第一支撑件102和第二支撑件103与支撑板104连接的一端相对固定，故第一支撑和第二支撑件103远离支撑板104的一端都可以开始做远离气囊110的运动。第一支撑件102和第二支撑件103与支撑板104连接的一端之间的距离不变，远离支撑板104一端的距离逐渐变大，连接在第一支撑和第二支撑件103远离支撑板104的一端的柔性蒙皮101被拉伸，对于第一机翼10而言，一侧(支撑板104所在的一侧)的长度基本不变，另一侧(柔性蒙皮101所在的一侧)的长度增加，第一机翼10远离第二机翼20的一端开始做远离所述第二机翼20确定平面的运动，运动方向为由柔性蒙皮101指向支撑板104的方向。
进一步地，所述连接件100包括多个所述形变结构及设置在各所述形变结构中的多个所述气囊110，其中，多个所述形变结构首尾相连。
各所述形变结构根据控制指令控制各所述形变结构中的所述气囊110进行充气或放气。
在本实施例中，设置在连接件100中的形变结构个数可以是多个，多个形变结构之间的连接方式可以是首位连接，应当理解的是，当存在多个件形变结构时，各个形变结构的第一支撑件102和第二支撑件103在气囊110充气时都会做远离对方的运动，以保证设置在多个形变结构的柔性蒙皮101被拉伸，进而使第一机翼10做远离第二机翼20确定的水平面的运动。应当理解的是，控制指令可以包括单独对每个形变结构进行控制的指令，也可以包括同时对所有形变结构进行控制的指令。
在本实施例的另一实施方式中，多个形变结构的大小可以不一致，可以按照从第二机翼20到第一机翼10的方向依次减小的形式进行首尾连接，同时设置在形变结构中的气囊110大小也可以按照形变结构的大小进行设置。应当理解的是，形变结构越大，其气囊110也越大，气囊110充气时对第一机翼10的位移影响也越大，反之在其气囊110进行放气时也一样。而形变结构越小，其气囊110也越小，气囊110充气时对第一机翼10的位移影响也越小，反之在其气囊110进行放气时也一样。通过上述设置不同大小的形变结构，能够更精确快速的控制第一机翼10相对第二机翼20的运动。例如，当需要第一机翼10相对第二机翼20做出的位移很大时，可以先发送控制指令控制较大的形变结构的气囊110进行充气，可以快速到达预设位置范围，在通过发送控制指令控制较小的形变结构的气囊110充气，以进行调整使第一机翼10到达预设位置。
进一步地，在本实施例中，可以通过以下公式获取单个形变结构的支撑板104弯曲角度：
其中，θ1为单个形变结构的支撑板104弯曲角度，M为单个形变结构的支撑板104承受弯矩，E1为机翼1的杨氏模量，I为单个形变结构的支撑板104抗弯刚度，q为第一支撑件102和第二支撑件103受气囊110施加的压强，H为第一支撑件102和第二支撑件103的高度，w为第一支撑件102和第二支撑件103的宽度(第一支撑件102和第二支撑件103在机翼1前进方向上确定的边的边长)，f为柔性蒙皮101受力，其中，h为支撑板104的厚度。
进一步地，柔性蒙皮101的受力可以通过以下公式表示：
其中，E2为柔性蒙皮101的杨氏模量，t为柔性蒙皮的厚度。
进一步地，根据上述公式，可以将单个形变结构的弯曲转动角度为：
其中，l为第一支撑件102和第二支撑件103之间的距离，θ2为单个形变结构的弯曲转动角度。
在本实施例中，当存在N个形变结构时，机翼1整体弯曲转动的角度可以通过如下公式表示：
其中，θ3为机翼1整体弯曲转动的角度。
并且，在本实施例中，发明人通过有限元分析结果证明，当存在的形变结构数量N＝6时，提供的各个气囊110的压力为0.4Mpa时，第一机翼10远离第二机翼20的一端的偏移位移可以为24.8mm。
进一步地，所述柔性蒙皮101由弹性橡胶材料制作。
在本实施例中，柔性蒙皮101可以由弹性橡胶材料制作，在本实施例的其他实施方式中，柔性蒙皮101也可以由其他具备弹性的材料制作，例如硅胶。
进一步地，所述支撑板104由弹簧钢制作。
在本实施例中，为了保证的第一支撑件102和第二支撑件103与支撑板104连接的一端的距离在气囊110充气时保持基本保持不变，远离支撑件的另一端之间的距离逐渐增加，支撑板104可以采用兼备刚性和弹性的材料进行制作，并且在连接件100进行形变时，支撑板104的形状也会略微有变化，故可以采用弹簧钢作为支撑板104的制作材料。
进一步地，所述第一机翼10包括第三机翼和转动件。
所述第三机翼通过所述转动件可转动的设置在所述第一机翼10远离所述第二机翼20的一端，以使所述第三机翼可折叠至所述第一机翼10的一侧。
在本实施例中，第一机翼10还可以包括第三机翼与转动件，第三机翼可以为第一机翼10远离第二机翼20的一段机翼，通过转动件可转动的设置在第一机翼10上，当机翼1需要进行运输或存放时，可以将第三机翼绕转动件进行转动，实现机翼1的折叠。
进一步地，所述第一机翼10包括第一侧面和第二侧面。
所述第一侧面和第二侧面的一端连接，另一端与所述柔性蒙皮101靠近所述第一侧面的一端连接。
所述第二侧面的另一端与所述支撑板104靠近所述第二侧面的一端连接。
所述第一侧面和第二侧面相连的一端形成的夹角范围为0°-30°。
在本实施例中，第一侧面和第二侧面可以组合形成第一机翼10的外骨架，第一侧面和第二侧面之间的夹角可以是0°-30°，当第一侧面和第二侧面之间的夹角处于0°-30°时，机翼1的飞行性能较佳。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的机翼形变装置的结构示意图。机翼形变装置包括控制器2、电气比例调节阀3、空气压缩机4和前述的机翼1。
所述控制器2分别与所述机翼1和电气比例调节阀3连接。
所述空气压缩机4与所述电气比例调节阀3连接。
所述控制器2用于发送控制指令到所述电气比例调节阀3。
所述电气比例调节阀3用于根据所述控制指令控制所述空气压缩机4对所述气囊110进行充气或放气。
进一步地，所述机翼形变装置还包括应变计。
所述应变计设置在所述连接件100中，以反馈所述连接件100的形变状态。
本申请实施例还提供一种飞机，包括飞机主体和前述的机翼1。
所述机翼1设置在所述飞机的两侧，用于提供所述飞机飞行的升力。
综上所述，采用本申请提供的一种机翼、形变装置及飞机，能够以较为轻巧的结构实现对机翼的快速变形。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机翼，其特征在于，包括第一机翼和第二机翼；
所述第一机翼包括连接件及气囊；
所述连接件设置在所述第一机翼的一端，所述气囊设置在所述连接件内部，以使所述连接件随所述气囊的充气发生延伸形变或随所述气囊的放气发生收缩形变；
所述第二机翼的一端通过所述连接件与所述第一机翼连接，以使所述第一机翼在所述连接件发生延伸形变时，随所述连接件的延伸形变做远离所述第二机翼确定的水平面的运动或在所述连接件发生收缩形变时，随所述连接件的收缩形变做靠近所述第二机翼确定的水平面的运动。
2.根据权利要求1所述的机翼，其特征在于，所述连接件包括形变结构和柔性蒙皮；
所述形变结构包括第一支撑件、第二支撑件和支撑板；
所述第一支撑件和第二支撑件设置在所述支撑板的一侧，用于形成容置所述气囊的容置腔；
所述柔性蒙皮的一端与所述第一支撑件远离所述支撑板的一端连接，另一端与所述第二支撑件远离所述支撑板的一端连接，以使所述柔性蒙皮在所述容置腔中的气囊充气导致所述第一支撑件和第二支撑件做远离所述气囊的运动时，所述柔性蒙皮拉伸运动，在所述容置腔中的气囊放气导致所述第一支撑件和第二支撑件做靠近所述气囊的运动时，所述柔性蒙皮回缩运动。
3.根据权利要求2所述的机翼，其特征在于，所述连接件包括多个所述形变结构及设置在各所述形变结构中的多个所述气囊，其中，多个所述形变结构首尾相连；
各所述形变结构根据控制指令控制各所述形变结构中的所述气囊进行充气或放气。
4.根据权利要求1所述的机翼，其特征在于，所述第一机翼包括第三机翼和转动件；
所述第三机翼通过所述转动件可转动的设置在所述第一机翼远离所述第二机翼的一端，以使所述第三机翼可折叠至所述第一机翼的一侧。
5.根据权利要求2所述的机翼，其特征在于，所述第一机翼包括第一侧面和第二侧面；
所述第一侧面和第二侧面的一端连接，另一端与所述柔性蒙皮靠近所述第一侧面的一端连接；
所述第二侧面的另一端与所述支撑板靠近所述第二侧面的一端连接；
所述第一侧面和第二侧面相连的一端形成的夹角范围为0°-30°。
6.根据权利要求2所述的机翼，其特征在于，所述柔性蒙皮由弹性橡胶材料制作。
7.根据权利要求2所述的机翼，其特征在于，所述支撑板由弹簧钢制作。
8.一种机翼形变装置，其特征在于，所述机翼形变装置包括控制器、电气比例调节阀、空气压缩机和权利要求1-7中任一项所述的机翼；
所述控制器分别与所述机翼和电气比例调节阀连接；
所述空气压缩机与所述电气比例调节阀连接；
所述控制器用于发送控制指令到所述电气比例调节阀；
所述电气比例调节阀用于根据所述控制指令控制所述空气压缩机对所述气囊进行充气或放气。
9.根据权利要求8所述的机翼形变装置，其特征在于，所述机翼形变装置还包括应变计；
所述应变计设置在所述连接件中，以反馈所述连接件的形变状态。
10.一种飞机，其特征在于，包括飞机主体和权利要求1-7中任一项所述的机翼；
所述机翼设置在所述飞机的两侧，用于提供所述飞机飞行的升力。
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