CN111162687B - 基于预压缩层叠式压电复材双晶片大位移变形翼及其方法 - Google Patents
基于预压缩层叠式压电复材双晶片大位移变形翼及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼及其方法。变形翼选择在某些纵向位置处，将中层压电复合材料双晶片的中间层伸出片与一组带弧形槽的翼肋根部固连；将上下层压电双晶片在各纵向位置处的伸出片与转接轴头固连，在各轴头上套轴承，这些轴承可在翼肋弧形槽中滑动或滚动，从而实现多层压电双晶片横向同曲率弯曲关联，并与翼肋绕多层结构中性轴转动解耦。同时翼肋上铺设纵向有预拉伸的弹性蒙皮，经翼肋对中层压电双晶片施加压力；还利用了轴向预压力组件对上下层压电复合材料双晶片施加压力。本发明提出的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼及其方法，能够为小型飞行器翼面的连续变形提供一种可行方案。
Description
技术领域
本发明涉及压电大位移变形翼领域，具体涉及一种基于新型翼肋的预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼。
背景技术
变形翼能够使飞行器适应不同飞行任务要求、阻力减小、航程增大、操纵性能提高，因而受到航空领域的广泛关注。传统变形翼结构主要是靠机电作动器驱动刚体运动来实现变形，导致变形表面不连续且工作带宽较窄，因而难以满足新一代飞行器对变形翼表面连续的要求。
压电双晶片作动器具有较大的工作带宽和响应速率，而且结构紧凑，能够直接产生变形，较适合作为微小型飞行器的变形翼作动，但是较小的输出功率限制了压电双晶片作动器在连续大位移变形翼领域的应用。
根据现有专利CN108199607A可知，目前的多层压电双晶片作动器难以实现多层同曲率弯曲运动与驱动翼截面绕多层作动器中性轴转动的解耦，灵活程度不够，限制了输出位移。此外，变形翼不但要有足够的柔性产生连续变形，也需要足够的刚度抵抗外部的气动载荷。
发明内容
为了实现基于多层压电复合材料双晶片作动器的大位移连续翼面变形，本发明的目的在于提供一种压电作动的大功率连续变形翼的设计方案。
为了达到上述目的，本发明设计了一组带弧形槽并且高度随着翼型轮廓变化的蒙皮支撑翼肋，这一组翼肋根部与中层压电双晶片作动器伸出片固连，端部与各向异性柔性蒙皮固联；由于上下层压电复合材料双晶片转接轴头上的轴承能够在翼肋的弧形槽中滚动，使得这一组翼肋既能够支撑蒙皮并使上下蒙皮伸长和缩短，又能够传递上下层压电复合材料双晶片作动器的横向力给中层压电复合材料双晶片作动器，从而实现了三层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器的同曲率弯曲和与翼截面绕中性轴转动的解耦，并增大输出力；中层压电复合材料双晶片利用有一定预拉伸的蒙皮经翼肋来施加轴向压力，上下层压电复合材料双晶片通过弹性带来施加轴向预压力，从而对所有压电复合材料双晶片施加轴向预压力，进而增大变形位移。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其包括三层一端均固定于翼前缘主梁上的悬臂梁作动器，从上到下依次为上层悬臂梁作动器、中层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器；每层悬臂梁作动器均采用三层结构的压电复合材料双晶片；上层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器结构尺寸完全一致，两者以中层悬臂梁作动器为中心面镜像对称，中层悬臂梁作动器的长度大于另外两层悬臂梁作动器的长度；上层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器的第一中间层在两侧侧边位置均设有第一固定端伸出片、第一中部伸出片、第一自由端伸出片；每片第一固定端伸出片和第一中部伸出片上都固连有第一转接轴头，第一转接轴头的轴颈上套有第一微型轴承，每片第一自由端伸出片上都固连有第二转接轴头，第二转接轴头为阶梯轴，其第一阶轴颈上套有第一微型轴承，第二阶轴颈上套有第二微型轴承，第二微型轴承外再套上预制卡槽轴承套，每条卡槽上均套有一条端部固定于翼前缘主梁上的预拉伸弹性带，上层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器由两侧的弹性带施加轴向预压力；中层悬臂梁作动器的第二中间层在两侧侧边位置均设有第二固定端伸出片、第二中后部伸出片、第二中前部伸出片、第二自由端伸出片；第二固定端伸出片与上下两条第一翼肋的根部固连，第二中后部伸出片与上下两条第二翼肋的根部固连，第二中前部伸出片与上下两条第三翼肋的根部固连；第二自由端伸出片与上下两条第四翼肋的根部固连；中层悬臂梁作动器的尾端与翼尾固连；所有的8条翼肋构成包裹三层悬臂梁作动器且由三层悬臂梁作动器驱动的支撑框架，该支撑框架的上下表面分别贴附固定有各向异性预拉伸蒙皮，各翼肋之间以及第四翼肋与翼尾之间的蒙皮均具有预拉伸量，用于通过各翼肋对中层悬臂梁作动器施加轴向预压缩力；上层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器两侧的12个第一微型轴承分别一一对应伸入第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋根部的12个圆弧形的翼肋槽中，构成滑动配合和上下限位；当变形翼截面绕中性轴弯曲时，所述第一微型轴承都能在对应的翼肋槽中贴合上下槽壁滑动或滚动，实现三层悬臂梁作动器的同曲率弯曲与翼型截面绕中性轴转动的解耦。
作为优选，所述的两条第一翼肋、两条第二翼肋、两条第三翼肋均以中层悬臂梁作动器为中心面镜像对称，位于中层悬臂梁作动器上方的所述翼肋槽的弧形凹面朝下，位于中层悬臂梁作动器下方的所述翼肋槽的弧形凹面朝上。
作为优选，所述的第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋以及第四翼肋的高度适应于变形翼截面的设计形状。
作为优选，所述各向异性预拉伸蒙皮具有柔性，且沿弦向拉伸模量小于沿展向拉伸模量。
作为优选，所述的第一微型轴承和第二微型轴承均以过盈配合方式套设于对应的转接轴头轴颈部。
作为优选，在三层悬臂梁作动器不工作情况下，每条弹性带的弹力方向平行于任一悬臂梁作动器的平面。
作为优选，施加于每层悬臂梁作动器上的轴向预压力均小于该悬臂梁作动器的一阶轴向屈曲力。
作为优选，每一层悬臂梁作动器均由三层材料叠加复合而成，包括中间层以及分别贴敷于中间层上、下表面的上层压电复合材料和下层压电复合材料。
作为优选，所述翼肋槽的槽体宽度略大于所述第一微型轴承，使第一微型轴承仅能沿翼肋槽的弧形中线滑动。
本发明的另一目的在于提供一种如上述基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的作动方法，其步骤如下：分别对三层悬臂梁作动器的上层压电复合材料通入一种极性电压，同时分别对三层悬臂梁作动器的下层压电复合材料通入另一种极性电压，使三层悬臂梁作动器一起向同一方向发生同曲率弯曲；中层悬臂梁作动器带动第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋以及第四翼肋绕中性轴偏转，与上层悬臂梁作动器所带的各伸出片连接的第一微型轴承相对翼肋槽滑动或滚动，与下层压电复合材料双晶片所带的各伸出片连接的第一微型轴承也相对翼肋槽滑动或滚动，悬臂梁作动器弯曲方向一侧的4条翼肋带动同侧蒙皮伸长，另一侧的4条翼肋带动同侧蒙皮缩短；在三层悬臂梁作动器弯曲过程中，所述翼肋槽中第一微型轴承能将上层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器的弯曲力传递给中层悬臂梁，从而增大中间层压电复合材料双晶片悬臂梁的弯曲变形的能力；在三层悬臂梁作动器弯曲过程中，通过所述弹性带分别对上层悬臂梁作动器和下层悬臂梁作动器施加轴向预压力，而中层悬臂梁作动器则通过预拉伸的蒙皮来提供其轴向预压力，利用这些轴向预压力减小三层悬臂梁作动器的等效弯曲刚度，增大翼面弯曲变形幅值。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过中层压电复合材料双晶片作动器上下对称固连一组带弧形槽并且高度随着翼型轮廓变化的蒙皮支撑翼肋，而且上下层压电复合材料双晶片转接轴头上的轴承能够在翼肋的弧形槽中滚动，使得这一组翼肋既能够支撑蒙皮并使上下蒙皮伸长和缩短，又能够传递上下层压电复合材料双晶片作动器的横向力给中层压电复合材料双晶片作动器，从而实现了三层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器的并联平动弯曲和与翼截面转动的解耦，并增大了输出力；而且这一组翼肋还能将有预拉伸的蒙皮的压缩力传递给中层压电复合材料双晶片，起到加载轴向压力的作用，从而增大变形位移。此外，有弦向预拉力能够提高各翼肋之间无支撑区蒙皮的抵抗气动力的能力。
附图说明
图1是本发明基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的零件爆炸图；
图2是本发明基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的侧视图；
图3是本发明基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的轴测图；图4是上(下)层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器组件的零件爆炸图；
图5是上(下)层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器组件的组装示意图；
图6是中层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器组件的零件爆炸图；
图7是中层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器组件的组装示意图；
图8是基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的作动示意图(轴测视角)；
图9是基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的作动示意图(侧视视角)；
图中，翼前缘1、第一微型轴承2、第一转接轴头3、上层悬臂梁作动器4、各向异性预拉伸蒙皮5、第二转接轴头6、第二微型轴承7、预制卡槽轴承套8、弹性带9、中层悬臂梁作动器10、翼尾11、第四翼肋12、第三翼肋13、第二翼肋14、第一翼肋15、下层悬臂梁作动器16、第一中间层17、第一固定端伸出片17-1、第一中部伸出片17-2、第一自由端伸出片17-3、第一压电复合材料18、第二中间层19、第二固定端伸出片19-1、第二中后部伸出片19-2、第二中前部伸出片19-3、第二自由端伸出片19-4、第二压电复合材料20、螺栓21、螺母22。
具体实施方式
本发明是一种基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片变形翼，通过中层悬臂梁作动器上下对称固连一组带弧形槽并且高度随着翼型轮廓变化的蒙皮支撑翼肋，而且上下层压电复合双晶片转接轴头上的轴承能够在翼肋的弧形槽中滚动，使得这一组翼肋既能够支撑蒙皮并使上下蒙皮伸长和缩短，又能够传递上下层悬臂梁作动器的横向力给中层压电双晶片作动器，从而实现了三层悬臂梁作动器的并联平动弯曲和与翼截面转动的解耦，并增大了输出力，提高翼面变形的灵活性；此外，这一组翼肋还能够将有一定预拉伸的蒙皮的轴向预压力传递给中层悬臂梁作动器，从而增大变形位移。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1～3所示，本实施例中，一种基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其包括三层悬臂梁作动器，三层悬臂梁作动器平行间隔布置，从上到下依次为上层悬臂梁作动器4、中层悬臂梁作动器10和下层悬臂梁作动器16。三层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器端部均固定于翼前缘1的主梁上。每层悬臂梁作动器均采用三层结构的压电复合材料双晶片，由三层压电复合材料叠加复合而成，其中中间为中间层，中间层可以是金属片、碳纤维复材片或是有机材料等，中间层的上、下表面分别贴敷有上层压电复合材料和下层压电复合材料。三层悬臂式作动器以中层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器10为中心面镜像对称，三层悬臂梁作动器的宽度、厚度、材料均一致仅长度不同。上层悬臂梁作动器4和下层悬臂梁作动器16结构尺寸完全一致，但中层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器10的长度大于上下两层悬臂梁作动器的长度。在三层悬臂梁作动器长度方向上选取三个横向关联位置，位置一为三个位置中最靠近翼前缘1主梁的某一位置，为了方便表述将其称为固定端；位置二较位置一远离翼前缘1主梁但未达到位置三，为了方便表述将其称为中部；位置三为上层悬臂梁作动器4和下层悬臂梁作动器16靠近未固定端的某一位置，为了方便表述将其称为自由端。
如图4和5所示，上层悬臂梁作动器4的第一中间层17上下两侧均贴有一层第一压电复合材料18，第一中间层17在两侧侧边位置均设有第一固定端伸出片17-1、第一中部伸出片17-2、第一自由端伸出片17-3；每片第一固定端伸出片17-1和第一中部伸出片17-2上都固连有第一转接轴头3，第一转接轴头3的轴颈上套有第一微型轴承2，每片第一自由端伸出片17-3上都固连有第二转接轴头6，第二转接轴头6为阶梯轴，其第一阶轴颈上套有第一微型轴承2，第二阶轴颈上套有第二微型轴承7，第二微型轴承7外再套上预制卡槽轴承套8，每条卡槽上均套有一条端部固定于翼前缘1主梁上的预拉伸弹性带9，上层悬臂梁作动器4由两侧的弹性带9施加轴向预压力，从而增大输出位移。第一微型轴承2和第二微型轴承7均以过盈配合方式套设于对应的转接轴头轴颈部，以保证连接的可靠性。
下层悬臂梁作动器16上的布置结构与上层悬臂梁作动器4完全一致，其也由两侧的弹性带9通过预制卡槽轴承套8施加轴向预压力，从而增大输出位移。
在三层悬臂梁作动器不工作情况下，每条弹性带9的弹力方向平行于任一悬臂梁作动器的平面，使作用力平行于轴向。
而如图6和7所示，中层悬臂梁作动器10上的结构形式与上下两层悬臂梁作动器有所不同，中层悬臂梁作动器10的第二中间层19上下两侧均贴有一层第二压电复合材料20，第二中间层19在两侧侧边位置均设有第二固定端伸出片19-1、第二中后部伸出片19-2、第二中前部伸出片19-3、第二自由端伸出片19-4。其中第二固定端伸出片19-1、第二中后部伸出片19-2、第二中前部伸出片19-3的横向位置与上下层悬臂梁作动器上的第一固定端伸出片17-1、第一中部伸出片17-2、第一自由端伸出片17-3一一对应，均位于前述的三个横向关联位置处。但第二自由端伸出片19-4位于第二中间层19靠近自由端一侧，相对于其余三类伸出片更靠翼尾11。
本发明通过设置8条翼肋来作为整体摆动的框架，两条第一翼肋15、两条第二翼肋14、两条第三翼肋13均以中层悬臂梁作动器10为中心面镜像对称。第二固定端伸出片19-1与上下两条第一翼肋15的根部固连，第二中后部伸出片19-2与上下两条第二翼肋14的根部固连，第二中前部伸出片19-3与上下两条第三翼肋13的根部固连；第二自由端伸出片19-4与上下两条第四翼肋12的根部固连；中层悬臂梁作动器10的尾端与翼尾11固连。所有的8条翼肋与对应的伸出片均通过螺栓21和螺母22进行可拆卸式固连。所有的8条翼肋构成包裹三层悬臂梁作动器且由三层悬臂梁作动器驱动的支撑框架，该支撑框架的上下表面分别贴附固定有各向异性预拉伸蒙皮5，各翼肋之间以及第四翼肋12与翼尾11之间的蒙皮均具有预拉伸量，用于通过各翼肋对中层悬臂梁作动器10施加轴向预压缩力。
各向异性预拉伸蒙皮5具有柔性，且沿弦向拉伸模量较小，沿展向拉伸模量较大，从而蒙皮在翼型弦向上容易被拉伸，展向上不易变形，提高蒙皮抵抗气动力的能力。需要注意的是，施加于每层悬臂梁作动器上的轴向预压力均小于该悬臂梁作动器的一阶轴向屈曲力。
由于8条翼肋仅与中层悬臂梁作动器10固连，而上层悬臂梁作动器4和下层悬臂梁作动器16与8条翼肋并没有直接固连，为将上下两层悬臂梁作动器的弯曲力传递至中层悬臂梁作动器10，在该变形翼方案中，上层悬臂梁作动器4和下层悬臂梁作动器16两侧的12个第一微型轴承2分别一一对应伸入第一翼肋15、第二翼肋14、第三翼肋13根部的12个翼肋槽中，构成滑动配合和上下限位。由于各悬臂梁作动器摆动时，其上固定的第一微型轴承2的运动轨迹是呈弧形的，因此各翼肋槽也设置成圆弧形。且位于中层悬臂梁作动器10上方的翼肋槽的弧形凹面朝下，位于中层悬臂梁作动器10下方的所述翼肋槽的弧形凹面朝上。翼肋槽的槽体宽度略大于第一微型轴承2，使第一微型轴承2仅能沿翼肋槽的弧形中线滑动，但其顶部和底部均贴合槽壁，无法上下移动，但是上下两层悬臂梁作动器的弯曲力可以通过翼肋槽同步传递至中层悬臂梁作动器10上。如图8和9所示，当变形翼截面绕中性轴弯曲时，第一微型轴承2都能在对应的翼肋槽中贴合上下槽壁滑动或滚动，实现三层悬臂梁作动器的同曲率弯曲与翼型截面绕中性轴转动的解耦，提高了翼型弯曲变形的幅值和灵活性。
第一翼肋15、第二翼肋14、第三翼肋13以及第四翼肋12的高度根据翼截面设计形状变化而变化，从而保持翼面外形。本发明中，第一种翼肋、第二种翼肋和第三种翼肋带有弧形槽，使得三层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器的同曲率弯曲和与翼截面绕中性轴转动的解耦，增加了弯曲的灵活性，提高了输出位移。
在变形翼作动器工作时，需要使三层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器在同一方向上同曲率弯曲，因此对上中下三层压电复合材料双晶片悬臂梁作动器的上层压电复合材料需连接同一种极性的电压(也就是使上层压电复合材料连接电源的一极，下层压电复合材料连接电源的另一极)，同时对三层作动器的下层压电复合材料均连接另一种相反极性的电压。如图8和图9所示，该变形翼便能够向一侧弯曲变形。
上述基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的作动方法，其具体步骤如下：分别对三层悬臂梁作动器的上层压电复合材料通入一种极性电压，同时分别对三层悬臂梁作动器的下层压电复合材料通入另一种极性电压，使三层悬臂梁作动器一起向同一方向发生近似同曲率弯曲。以三层悬臂梁作动器向下弯曲为例，中层悬臂梁作动器10带动第一翼肋15、第二翼肋14、第三翼肋13以及第四翼肋12绕中性轴偏转，与上层悬臂梁作动器4所带的各伸出片连接的第一微型轴承2相对翼肋槽向左上方滑动或滚动，与下层悬臂梁作动器16所带的各伸出片连接的第一微型轴承2也相对翼肋槽向右下方滑动或滚动，悬臂梁作动器上侧的4条翼肋带动上侧蒙皮伸长，悬臂梁作动器下侧的4条翼肋带动下侧蒙皮缩短。在三层悬臂梁作动器弯曲过程中，翼肋槽中第一微型轴承2能将上层悬臂梁作动器4和下层悬臂梁作动器16的弯曲力传递给中层悬臂梁作动器10，从而增大中间层压电复合材料双晶片悬臂梁的弯曲变形的能力；在三层悬臂梁作动器弯曲过程中，通过箍入预制卡槽轴承套8卡槽内的弹性带9分别对上层悬臂梁作动器4和下层悬臂梁作动器16施加轴向预压力，而中层悬臂梁作动器10则通过预拉伸的蒙皮5来提供其轴向预压力，利用这些轴向预压力减小三层悬臂梁作动器的等效弯曲刚度，增大翼面弯曲变形幅值。需要注意的是，这里所施加的轴向预压力都应当小于压电复合材料双晶片悬臂梁作动器的一阶轴向屈曲力，防止损坏作动器。
同样的，通过转换三层悬臂梁作动器的上下层压电复合材料的电压极性，就可以实现变形翼的大位移上下摆动。
本发明设计的这种新型的翼肋结构能将多层压电复合材料双晶片同曲率弯曲关联，并使翼截面能够绕中心轴转动，同时还能够传递蒙皮给中层压电复合材料双晶片的轴向预压力，以及上下层压电复合材料双晶片给中层压电复合材料双晶片横向力，因而使得变形翼偏转连续性更好，灵活度更高，输出位移和输出力更大。本发明中的弦向拉伸刚度较、低展向拉伸刚度较高的弹性蒙皮，可以采用展向纤维增强复合橡胶等高分子材料。转接轴头以及翼肋与各层双晶片中间层的连接可以用螺栓螺母紧固件，也可以用高强度环氧胶直接粘接。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：包括三层一端均固定于翼前缘(1)主梁上的悬臂梁作动器，从上到下依次为上层悬臂梁作动器(4)、中层悬臂梁作动器(10)和下层悬臂梁作动器(16)；每层悬臂梁作动器均采用三层结构的压电复合材料双晶片；上层悬臂梁作动器(4)和下层悬臂梁作动器(16)结构尺寸完全一致，两者以中层悬臂梁作动器(10)为中心面镜像对称，中层悬臂梁作动器(10)的长度大于另外两层悬臂梁作动器的长度；上层悬臂梁作动器(4)和下层悬臂梁作动器(16)的第一中间层(17)在两侧侧边位置均设有第一固定端伸出片(17-1)、第一中部伸出片(17-2)、第一自由端伸出片(17-3)；每片第一固定端伸出片(17-1)和第一中部伸出片(17-2)上都固连有第一转接轴头(3)，第一转接轴头(3)的轴颈上套有第一微型轴承(2)，每片第一自由端伸出片(17-3)上都固连有第二转接轴头(6)，第二转接轴头(6)为阶梯轴，其第一阶轴颈上套有第一微型轴承(2)，第二阶轴颈上套有第二微型轴承(7)，第二微型轴承(7)外再套上预制卡槽轴承套(8)，每条卡槽上均套有一条端部固定于翼前缘(1)主梁上的预拉伸弹性带(9)，上层悬臂梁作动器(4)和下层悬臂梁作动器(16)由两侧的弹性带(9)施加轴向预压力；中层悬臂梁作动器(10)的第二中间层(19)在两侧侧边位置均设有第二固定端伸出片(19-1)、第二中后部伸出片(19-2)、第二中前部伸出片(19-3)、第二自由端伸出片(19-4)；第二固定端伸出片(19-1)与上下两条第一翼肋(15)的根部固连，第二中后部伸出片(19-2)与上下两条第二翼肋(14)的根部固连，第二中前部伸出片(19-3)与上下两条第三翼肋(13)的根部固连；第二自由端伸出片(19-4)与上下两条第四翼肋(12)的根部固连；中层悬臂梁作动器(10)的尾端与翼尾(11)固连；所有的8条翼肋构成包裹三层悬臂梁作动器且由三层悬臂梁作动器驱动的支撑框架，该支撑框架的上下表面分别贴附固定有各向异性预拉伸蒙皮(5)，各翼肋之间以及第四翼肋(12)与翼尾(11)之间的蒙皮均具有预拉伸量，用于通过各翼肋对中层悬臂梁作动器(10)施加轴向预压缩力；上层悬臂梁作动器(4)和下层悬臂梁作动器(16)两侧的12个第一微型轴承(2)分别一一对应伸入第一翼肋(15)、第二翼肋(14)、第三翼肋(13)根部的12个圆弧形的翼肋槽中，构成滑动配合和上下限位；当变形翼截面绕中性轴弯曲时，所述第一微型轴承(2)都能在对应的翼肋槽中贴合上下槽壁滑动或滚动，实现三层悬臂梁作动器的同曲率弯曲与翼型截面绕中性轴转动的解耦。
2.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：所述的两条第一翼肋(15)、两条第二翼肋(14)、两条第三翼肋(13)均以中层悬臂梁作动器(10)为中心面镜像对称，位于中层悬臂梁作动器(10)上方的所述翼肋槽的弧形凹面朝下，位于中层悬臂梁作动器(10)下方的所述翼肋槽的弧形凹面朝上。
3.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：所述的第一翼肋(15)、第二翼肋(14)、第三翼肋(13)以及第四翼肋(12)的高度适应于变形翼截面的设计形状。
4.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：所述各向异性预拉伸蒙皮(5)具有柔性，且沿弦向拉伸模量小于沿展向拉伸模量。
5.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：所述的第一微型轴承(2)和第二微型轴承(7)均以过盈配合方式套设于对应的转接轴头轴颈部。
6.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：在三层悬臂梁作动器不工作情况下，每条弹性带(9)的弹力方向平行于任一悬臂梁作动器的平面。
7.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：施加于每层悬臂梁作动器上的轴向预压力均小于该悬臂梁作动器的一阶轴向屈曲力。
8.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：每一层悬臂梁作动器均由三层材料叠加复合而成，包括中间层以及分别贴敷于中间层上、下表面的上层压电复合材料和下层压电复合材料。
9.如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼，其特征在于：所述翼肋槽的槽体宽度略大于所述第一微型轴承(2)，使第一微型轴承(2)仅能沿翼肋槽的弧形中线滑动。
10.一种如权利要求1所述的基于预压缩层叠式压电复合材料双晶片大位移变形翼的作动方法，其特征在于，步骤如下：分别对三层悬臂梁作动器的上层压电复合材料通入一种极性电压，同时分别对三层悬臂梁作动器的下层压电复合材料通入另一种极性电压，使三层悬臂梁作动器一起向同一方向发生同曲率弯曲；中层悬臂梁作动器(10)带动第一翼肋(15)、第二翼肋(14)、第三翼肋(13)以及第四翼肋(12)绕中性轴偏转，与上层悬臂梁作动器(4)所带的各伸出片连接的第一微型轴承(2)相对翼肋槽滑动或滚动，与下层悬臂梁作动器(16)所带的各伸出片连接的第一微型轴承(2)也相对翼肋槽滑动或滚动，悬臂梁作动器弯曲方向一侧的4条翼肋带动同侧蒙皮伸长，另一侧的4条翼肋带动同侧蒙皮缩短；在三层悬臂梁作动器弯曲过程中，所述翼肋槽中第一微型轴承(2)能将上层悬臂梁作动器(4)和下层悬臂梁作动器(16)的弯曲力传递给中层悬臂梁作动器(10)，从而增大中间层压电复合材料双晶片悬臂梁的弯曲变形的能力；在三层悬臂梁作动器弯曲过程中，通过所述弹性带(9)分别对上层悬臂梁作动器(4)和下层悬臂梁作动器(16)施加轴向预压力，而中层悬臂梁作动器(10)则通过预拉伸的蒙皮(5)来提供其轴向预压力，利用这些轴向预压力减小三层悬臂梁作动器的等效弯曲刚度，增大翼面弯曲变形幅值。
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