CN110901878A

CN110901878A - 一种大变形的双ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮

Info

Publication number: CN110901878A
Application number: CN201911226721.3A
Authority: CN
Inventors: 汪嘉兴; 陈文炯; 苏亚东; 王福雨; 张瑞; 周志强
Original assignee: Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
Current assignee: Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本申请属于柔性蒙皮结构技术领域，特别涉及一种大变形的双Ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮。大变形的双Ω形蜂窝状结构包括双Ω形蜂窝单元和横梁。所述双Ω形蜂窝单元包括两个蜂窝肋，所述蜂窝肋呈Ω形，两个所述蜂窝肋上下对称且开口相对设置，两个所述蜂窝肋之间具有预定距离；横梁包括两个，两个所述横梁分别设置在所述双Ω形蜂窝单元的左右两侧。本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮，吸取了波纹结构和蜂窝结构的构型特点，能够兼具面内变形能力强和法向刚度较大的优点，同时，该结构中由于引入横梁结构，使得结构在沿一个方向受拉或受压时，结构在另一个方向的变形量为零，即为零泊松比结构。

Description

一种大变形的双Ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮

技术领域

本申请属于柔性蒙皮结构技术领域，特别涉及一种大变形的双Ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮。

背景技术

变体飞机是未来飞行器研制的重要发展方向，目前的飞机是在标准静态设计的基础上，只能在有限的服役条件下提高飞机性能。而变体飞机能够在多种飞行状态条件下，根据需要改变布局或机翼形状，解决不同设计点气动布局的矛盾，达到增加升力、降低阻力、提高升阻比、增大航程、改善气动效率、提高飞机机动能力的目的，从而在每个阶段都获得最高的效率，最终实现飞机气动效率跨越式提升。

柔性蒙皮技术是制约变体飞机工程化应用的关键技术壁垒，变体飞机的柔性蒙皮应具有以下特点：蒙皮面内变形能力强，即可以在小驱动力下即可发生所需的大变形；零泊松比特性，即机翼沿弦向变形时，展向不变形；蒙皮应具有较大的法向刚度，即能够承受面外气动载荷并维形。

现有的结构形式很难同时满足上述柔性蒙皮的基本性能要求，如波纹板结构具有很好的面内变形能力，每个波纹在沿波纹方向力的作用下会产生扩张或收缩变形，多个波纹的变形累积使得这种结构产生的变形远大于平板，但前提是需要有很大的面内驱动力，而在垂直于波纹的方向，传统的波纹夹层板的面外刚度较小，无法承受较大的面外载荷和面外弯矩；蜂窝结构则具有较大的面外刚度，但由于蜂窝壁的几何构型较为稳定，难以产生较大的面内变形量。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种大变形的双Ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮，以解决现有技术中存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种大变形的双Ω形蜂窝状结构，包括：

双Ω形蜂窝单元，所述双Ω形蜂窝单元包括两个蜂窝肋，所述蜂窝肋呈Ω形，两个所述蜂窝肋上下对称且开口相对设置，两个所述蜂窝肋之间具有预定距离；

横梁，包括两个，两个所述横梁分别设置在所述双Ω形蜂窝单元的左右两侧。

可选地，所述蜂窝肋包括4个1/4圆弧段和2个直线段，由1/4圆弧段、直线段、1/4圆弧段、1/4圆弧段、直线段、1/4圆弧段依次连接。

可选地，L1＞L2+L3+2R，其中，L1为横梁长度，L2为双Ω形蜂窝单元中两个蜂窝肋的间距，L3为蜂窝肋的直线段长度，R为蜂窝肋的圆弧段半径。

可选地，所述双Ω形蜂窝单元与所述横梁一体成型。

本申请的第二个方面提供了一种柔性蒙皮，所述柔性蒙皮包括上所述的大变形的双Ω形蜂窝状结构。

可选地，包括多个所述大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈阵列排布，其中，

每行中，相邻两个所述双Ω形蜂窝单元之间共用一个所述横梁；

每列中，所述双Ω形蜂窝单元同侧的相邻两个所述横梁相互连接。

可选地，包括12个所述大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈2行6列排布。

可选地，包括24个所述大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈2行12列排布。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构，能够同时实现面内大变形和法向可承载的特点，同时结构在面内为零泊松比结构，能够实现在面内一个方向变形时，结构另一个方向的尺寸保持不变。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的大变形的双Ω形蜂窝状结构示意图；

图2是本申请一个实施方式的柔性蒙皮示意图；

图3是本申请另一个实施方式的柔性蒙皮示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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装置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保护范围的限制。

下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种大变形的双Ω形蜂窝状结构，包括：双Ω形蜂窝单元和横梁。

具体的，如图1所示，双Ω形蜂窝单元包括两个蜂窝肋，蜂窝肋呈Ω形，两个蜂窝肋上下对称且开口相对设置，两个蜂窝肋之间具有预定距离；横梁包括两个，两个横梁分别设置在双Ω形蜂窝单元的左右两侧。本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构，双Ω形蜂窝单元与横梁可以是一体成型。

本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构，蜂窝肋包括4个1/4圆弧段和2个直线段，由1/4圆弧段、直线段、1/4圆弧段、1/4圆弧段、直线段、1/4圆弧段依次连接。

本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构包含以下几个参数，分别为：蜂窝肋的圆弧段半径R、蜂窝肋的直线段长度L3、蜂窝肋的肋宽t2、蜂窝肋的厚度D1、双Ω形蜂窝单元中两个蜂窝肋的间距L2、横梁长度L1、横梁宽度t1以及横梁厚度D2。

在本申请的一个实施方式中，优选将蜂窝肋与横梁设置为等厚度，即D1＝D2＝D。蜂窝肋的肋宽t2与横梁的宽度t1可以相同，也可以不同。

在本申请的一个实施方式中，设置横梁长度大于双Ω形蜂窝单元中两个蜂窝肋的间距、蜂窝肋的直线段长度以及2倍的蜂窝肋的圆弧段半径之和，即L1＞L2+L3+2R。

在本申请的一个实施方式中，各个参数的设置参见下表：

几何参数	取值	几何参数	取值
				蜂窝肋的圆弧段半径R	5mm	横梁长度L<sub>1</sub>	48mm
蜂窝肋的直线段长度L<sub>3</sub>	10mm	横梁宽度t<sub>1</sub>	1.2mm
				蜂窝肋的肋宽t<sub>2</sub>	1.2mm	结构厚度D	1.5mm
双Ω形蜂窝单元中两个蜂窝肋的间距L<sub>2</sub>	4mm

本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构，可以通过以下步骤生成：首先建立半径为R的2条1/4圆弧段，2条圆弧段的一端端点在同一垂直线上；通过长度为L3的直线段将2条圆弧段相连，且该直线段分别与2条圆弧相切；然后分别将2条圆弧段和直线段中心线两侧偏移t2/2距离，得到Ω/2蜂窝结构的轮廓；将Ω/2蜂窝轮廓沿垂直辅助线对称，得到一个Ω形蜂窝结构的轮廓；保持Ω形蜂窝结构轮廓底端与水平辅助线L2/2的距离，并沿水平辅助线进行投影，得到双Ω形蜂窝单元；在双Ω形蜂窝单元两侧分别建立长度为L1、宽度为t1的横梁，其中横梁的长度方向被水平辅助线平分。

本申请的第二个方面提供了一种柔性蒙皮，该柔性蒙皮具有上述的大变形的双Ω形蜂窝状结构。

本申请的柔性蒙皮，可以包括多个呈阵列排布的大变形的双Ω形蜂窝状结构，在每行中，相邻两个双Ω形蜂窝单元之间共用一个横梁；在每列中，双Ω形蜂窝单元同侧的相邻两个横梁相互连接，可以是一体成型。

本申请的柔性蒙皮，可以根据需要设置任意行列数的呈阵列排布的大变形的双Ω形蜂窝状结构。如图2所示，在本申请的一个实施例中，柔性蒙皮包括12个大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈2行6列排布。如图3所示，在本申请的另一个实施例中，柔性蒙皮包括24个大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈2行12列排布。

本申请的大变形的双Ω形蜂窝状结构及具有其的柔性蒙皮，吸取了波纹结构和蜂窝结构的构型特点，能够兼具面内变形能力强和法向刚度较大的优点，同时，该结构中由于引入横梁结构，使得结构在沿一个方向受拉或受压时，结构在另一个方向的变形量为零，即为零泊松比结构。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种大变形的双Ω形蜂窝状结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大变形的双Ω形蜂窝状结构，其特征在于，所述蜂窝肋包括4个1/4圆弧段和2个直线段，由1/4圆弧段、直线段、1/4圆弧段、1/4圆弧段、直线段、1/4圆弧段依次连接。

3.根据权利要求2所述的大变形的双Ω形蜂窝状结构，其特征在于，L1＞L2+L3+2R，其中，L1为横梁长度，L2为双Ω形蜂窝单元中两个蜂窝肋的间距，L3为蜂窝肋的直线段长度，R为蜂窝肋的圆弧段半径。

4.根据权利要求3所述的大变形的双Ω形蜂窝状结构，其特征在于，所述双Ω形蜂窝单元与所述横梁一体成型。

5.一种柔性蒙皮，其特征在于，所述柔性蒙皮包括如权利要求1至权利要求4任意一项所述的大变形的双Ω形蜂窝状结构。

6.根据权利要求5所述的柔性蒙皮，其特征在于，包括多个所述大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈阵列排布，其中，

7.根据权利要求6所述的柔性蒙皮，其特征在于，包括12个所述大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈2行6列排布。

8.根据权利要求6所述的柔性蒙皮，其特征在于，包括24个所述大变形的双Ω形蜂窝状结构，呈2行12列排布。