CN111439367A - 一种可柔性变形的后缘变弯度机翼 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种可柔性变形的后缘变弯度机翼，机翼包括：变弯度翼肋，包括多个肋节及连接板，相邻肋节之间通过连接板连接前后连接在一起构成翼肋的机翼外形，每个肋节具有用于与相邻肋节进行柔性连接的柔性连接结构，柔性连接结构受到载荷作用时能够产生柔性伸缩变形，使得相邻两个肋节之间产生相对转动；柔性蒙皮，敷设于变弯度翼肋外，且柔性蒙皮与变弯度翼肋之间能够相对滑动；伸缩式驱动器，设置在相邻两个肋节之间，通过控制肋节的偏转实现机翼后缘的弯曲形状控制。本申请通过在柔性变形后缘变弯度翼肋结构上分布式的布置多个柔性伸缩式驱动器，且在翼肋上布置具有面外刚度的柔性蒙皮，使得机翼后缘可以产生很大的弯度变化，且表面光顺。

Description

一种可柔性变形的后缘变弯度机翼

技术领域

本申请属于变体飞机结构设计技术领域，特别涉及一种可柔性变形的后缘变弯度机翼。

背景技术

飞机的每一次飞行都要经历起飞、爬升、巡航、机动和降落过程，而变体飞机是一种可以在飞行过程中根据需要实时改变形状，使每个阶段的气动性能或升阻比都保持最佳的一种飞机。然而对于变体飞机而言，机翼后缘的弯度变化将会影响飞机的升阻比，且机翼后缘区域的载荷相对较小，结构实现起来难度相对也小一些，因此对于变体飞机，机翼后缘至关重要。

在现有技术中，常规飞机通常采用偏转操纵面/舵面的方式来改变机翼后缘的弯度，然而操纵面绕转轴刚性偏转时产生气流分离，提高升力的同时也增加了阻力。如果机翼后缘采用柔性或弹性材料制成的尾缘结构时，弯度变化时表面形状光顺，延迟气流分离，提高升力不增加阻力，提高升阻比。但采用柔性材料制成的结构却具有如下几个问题：一是变形率大的材料刚度和承载能力不够，二是面内变形与面外刚度的矛盾，三是必须采用分布式驱动，即需要解决柔性蒙皮面内大变形与面外刚度的矛盾、柔性变形与承载能力的矛盾、分布式驱动与形状感知和控制问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种可柔性变形的后缘变弯度机翼，以解决上述任一问题。

本申请的技术方案是：一种可柔性变形的后缘变弯度机翼，所述机翼包括：

变弯度翼肋，包括多个肋节及连接板，相邻肋节之间通过连接板连接前后连接在一起构成翼肋的机翼外形，其中，每个肋节具有用于与相邻肋节进行柔性连接的柔性连接结构，所述柔性连接结构受到载荷作用时能够产生柔性伸缩变形，使得相邻两个肋节之间产生相对转动，实现后缘翼肋的弯度变化；

柔性蒙皮，敷设于变弯度翼肋外，且所述柔性蒙皮与所述变弯度翼肋之间能够相对滑动；以及

伸缩式驱动器，设置在相邻两个肋节之间，通过控制肋节的偏转实现机翼后缘的弯曲形状控制。

在本申请一实施方式中，所述连接板连接于肋节中间翼肋的弦平面。

在本申请一实施方式中，所述柔性连接结构包括设置在肋节缘条上的外向齿状结构和内向齿状结构，相邻两个肋节间的外向齿状结构和内向齿状结构相互咬合。

在本申请一实施方式中，其特征在于，所述外向齿状结构和/或内向齿状结构中，齿片的数量不少于10个。

在本申请一实施方式中，其特征在于，所述齿片的厚度小于缘条厚度的1/6。

在本申请一实施方式中，其特征在于，所述柔性蒙皮由单向变形的蒙皮骨架和弹性胶膜复合而成，其中，所述蒙皮骨架包括筋条和弹性蜂窝，所述筋条沿展向方向设置，用于提供柔性蒙皮的面外刚度并限制柔性蒙皮沿筋条轴线方向的变形，所述弹性蜂窝呈网格状的布置在筋条之间，用于提供翼肋弯曲变形方向上的弹性力。

在本申请一实施方式中，其特征在于，所述伸缩式驱动器包括：

具有充气状态和未充气状态的柔性密封腔体，所述柔性密封腔体由未充气状态向充气状态过渡时长度逐渐伸长；以及

填充于所述柔性密封腔体壁内的增强纤维，所述增强纤维按预定方向排布以控制所述柔性密封腔体的伸长方向。

在本申请一实施方式中，其特征在于，所述柔性密封腔体由热塑性树脂或硅橡胶制成。

在本申请一实施方式中，其特征在于，所述增强纤维包括第一增强纤维和第二增强纤维，所述第一增强纤维和第二增强纤维按两族对称螺旋线的方式设置在所述柔性密封腔体的壁内，其中，所述螺旋线与柔性密封腔体的轴线夹角α＞55°。

在本申请一实施方式中，其特征在于，还包括：

布置在每条翼肋的肋节位置处的多个位移传感器，所述位移传感器用于感知当前肋节的偏转角度，通过拟合每个肋节的转角拟合出所述翼肋的弯曲变形形状。

本申请的可柔性变形的后缘变弯度机翼，通过在柔性变形后缘变弯度翼肋结构上分布式的布置多个柔性伸缩式驱动器，且在翼肋上布置具有面外刚度的柔性蒙皮，使得机翼后缘可以产生很大的弯度变化，且表面光顺。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为典型的飞机机翼结构示意图。

图2为本申请的后缘变弯度翼肋示意图。

图3为本申请的相邻肋节间连接示意图。

图4为本申请的单个肋节示意图。

图5为本申请的单向变形的蒙皮骨架示意图。

图6为本申请的增强纤维螺旋线示意图。

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。

如图1所示为典型的飞机机翼机构示意图，主梁、前墙1和后墙2构成机翼的主承载结构，后缘翼肋3安装设置在后墙2沿着气流流向的后端，蒙皮4敷设于承载结构之上形成气动表面。位于舵面区域5的翼肋3需要提供较大的变形及承载较大的气动力。

为此，本申请提供了一种可柔性变形的后缘变弯度机翼，其主要包括变弯度翼肋、柔性蒙皮和伸缩式驱动器。

变弯度翼肋主要由多段的肋节31通过连接板32前后连接形成一构成翼肋外形的翼肋结构，首段肋节31固定连接到机翼的后墙2(有时也叫后梁)上，后一段肋节31连接前一段的肋节31，连接点设置在每一段肋节31中间翼肋的弦平面位置处，这样可以使得后一段肋节31相对前一段肋节31转动而基本保持翼肋的外形表面不发生较大起伏。每个肋节31的前后缘条上均设置有柔性连接结构，后一段肋节31与前一段肋节31通过柔性结构实现柔性连接，受载荷作用时产生柔性伸缩变形，相邻肋节产生相对偏转。根据后缘翼肋所需的弯度变化量，调节每个相邻肋节的相对偏转量即可实现翼肋的较大变形。

如图2所示即为本申请一实施例的含有12个肋节31的后缘变弯度翼肋，其中，实线部分为初始状态的肋节构成常规状态下的翼肋外形，虚线部分为受力后多个肋节进行相对转动而形成的变形后的翼肋外形。

需要说明的是，本实施例中，最后4节的肋节由于整体结构较小，其可以看成是一节，在弯度变形过程中，最后4节中的肋节互相不发生相对转动，其保持弯度不变。

在本申请一实施例中，肋节31的形状类似于工字梁截面形状。相邻两个肋节31之间通过连接板32连接。连接板32的形状可以是类似于一端单耳、一端双耳的结构，连接板32的单耳端固定连接(例如可以采用铆接、螺接或焊接等方式)在后边肋节31腹板的连接孔处，连接板32的双耳端与前一个连接板32的单耳铰接在前边肋节31腹板的连接孔处，如图3所示。或是连接板32的两端均是双耳结构，其中后边的双耳结构较大，其与后边肋节的腹板固定连接，前边的双耳结构较小，而叉耳开口较大，可以夹住前端肋节的腹板和后边的双耳。

需要说明的是，根据机翼后缘部位承受的气动载荷，可以调节各肋节31腹板的厚度、连接板32的厚度使其适应或满足所承受的气动载荷。

在本申请的一实施方式中，柔性连接结构包括设置在肋节缘条上的外向齿状结构和内向齿状结构，相邻两个肋节间的外向齿状结构和内向齿状结构相互咬合。

例如图4所示的一实施例的单个肋节31结构示意图，肋节31的前端缘条的连接部位处有一组向外的齿状或片状结构311，肋节31的后端缘条的连接部位处有一组向内的齿状或片状结构312，向外的齿状结构与前段肋节31的向内齿状结构交错啮合，向内的齿状结构与后段肋节31的向外齿状结构交错啮合。

当后段肋节31绕前段肋节31的连接点转动时，前段肋节31的缘条与后段肋节31的缘条产生相对位移，交错啮合的齿状结构弯曲变形并互相挤压，使齿片之间产生摩擦，这种挤压和摩擦使前段肋节31的缘条与后段肋节31的缘条实现柔性连接。通过这样的连接，可将齿状结构材料的弯曲弹性变形转变成肋节缘条的柔性伸缩变形，变形量大幅度提高。多个肋节31的柔性变形累加起来，使整个翼肋的弯度发生较大改变。前段肋节31的缘条与后段肋节31的缘条在连接部位处搭接，搭接长度上设置齿片。如果两段肋节之间的距离是L，搭接长度是L1，前段肋节的缘条和后段肋节缘条长度都是(L+L1)/2。同时，齿片的数量在10片以上。前段肋节缘条与后段肋节缘条没有相对位移时，稍用力使两组齿片啮合，此时摩擦力很小，随着相对位移增加，位移越大摩擦力越大。

需要说明的是，齿片之间的距离要均匀一致，两组齿片之间的间隙要尽可能小，以增加摩擦力；两组齿片之间可以有相对滑动，以增加柔性变形量和吸能效果，但要控制好齿片的弯曲变形量，不宜过度。

在本申请中，可以根据需要的运动行程调节齿片的长度，或是根据啮合部位处工作载荷和摩擦力要求调节齿片的厚度和表面粗糙度，亦或是同时进行调节。在本申请一实施方式中，齿片的厚度小于缘条厚度的1/6。

如图5所示，柔性蒙皮由单向变形的蒙皮骨架和弹性胶膜复合而成，其中，单向变形的蒙皮骨架进一步包括筋条41和弹性蜂窝42，筋条41与变弯度翼肋的缘条连接，连接点可以相对滑动，筋条41用来提供柔性蒙皮的面外刚度并限制蒙皮沿筋条轴线方向的变形，弹性蜂窝42呈网格状的布置在筋条41之间，用来提供翼肋弯曲变形方向上的弹性力，增加平面内的抗剪能力。

在本申请一实施例中，筋条41的剖面形状可以是工字形、半工字形，或是其他形状。另外，弹性蜂窝42可以为单一蜂窝构型，也可以为混合蜂窝构型，图5中所示即为采用混合蜂窝构成的网格形状，阴影线部分为H形状，可以增加平面内的抗剪能力，其中，网格形状的孔隙大小根据承受面外气动载荷可以调节。

如图6所示，伸缩式驱动器主要由一弹性材料制成且具有充气状态和未充气状态的柔性密封腔体以及填充或埋设于柔性密封腔体壁内的增强纤维构成。柔性密封腔体可以由未充气状态向充气状态转变而长度逐渐增加，即通过调节腔体内的压力，而调节伸缩式驱动器的长度。埋设于腔体壁内的增强纤维通过按照一定的排布，可以用来控制柔性密封腔体按照设定的方向进行伸缩。图6中，β＝-α；左图为高压时柔性密封腔体的状态，右图为低压时柔性密封腔体的状态。

在本申请一实施例中，柔性密封腔体的材料可以选用热塑性树脂或硅橡胶之类的弹性材料制成。

在本申请中，增强纤维按两族对称螺旋线的方式排布，螺旋线与柔性密封腔体的轴线夹角α＞55°。根据伸缩式驱动器的长度调整范围和承受的载荷范围，确定驱动器的几何尺寸和纤维的材料以及体积含量。

最后，本申请的后缘变弯度机翼中还包括多个位移/角位移传感器，其布置在每条翼肋的各肋节位置处，用来感知当前肋节的转角，通过每个肋节的转角即可拟合出机翼后缘的弯度变形形状，可将其实时反馈给控制系统。

本申请的可柔性变形的后缘变弯度机翼，通过在柔性变形后缘变弯度翼肋结构上分布式的布置多个柔性伸缩式驱动器，且在翼肋上布置具有面外刚度的柔性蒙皮，使得机翼后缘可以产生很大的弯度变化，且表面光顺。

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 (10)

1.一种可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述机翼包括变弯度翼肋，包括多个肋节及连接板，相邻肋节之间通过连接板连接前后连接在一起构成翼肋的机翼外形，其中，每个肋节具有用于与相邻肋节进行柔性连接的柔性连接结构，所述柔性连接结构受到载荷作用时能够产生柔性伸缩变形，使得相邻两个肋节之间产生相对转动，实现后缘翼肋的弯度变化；

柔性蒙皮，敷设于变弯度翼肋外，且所述柔性蒙皮与所述变弯度翼肋之间能够相对滑动；以及

伸缩式驱动器，设置在相邻两个肋节之间，通过控制肋节的偏转实现机翼后缘的弯曲形状控制。

2.如权利要求1所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述连接板连接于肋节中间翼肋的弦平面。

3.如权利要求1所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述柔性连接结构包括设置在肋节缘条上的外向齿状结构和内向齿状结构，相邻两个肋节间的外向齿状结构和内向齿状结构相互咬合。

4.如权利要求3所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述外向齿状结构和/或内向齿状结构中，齿片的数量不少于10个。

5.如权利要求4所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述齿片的厚度小于缘条厚度的1/6。

6.如权利要求1所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述柔性蒙皮由单向变形的蒙皮骨架和弹性胶膜复合而成，其中，所述蒙皮骨架包括筋条和弹性蜂窝，所述筋条沿展向方向设置，用于提供柔性蒙皮的面外刚度并限制柔性蒙皮沿筋条轴线方向的变形，所述弹性蜂窝呈网格状的布置在筋条之间，用于提供翼肋弯曲变形方向上的弹性力。

7.如权利要求1所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述伸缩式驱动器包括

具有充气状态和未充气状态的柔性密封腔体，所述柔性密封腔体由未充气状态向充气状态过渡时长度逐渐伸长；以及

填充于所述柔性密封腔体壁内的增强纤维，所述增强纤维按预定方向排布以控制所述柔性密封腔体的伸长方向。

8.如权利要求7所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述柔性密封腔体由热塑性树脂或硅橡胶制成。

9.如权利要求7所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，所述增强纤维包括第一增强纤维和第二增强纤维，所述第一增强纤维和第二增强纤维按两族对称螺旋线的方式设置在所述柔性密封腔体的壁内，其中，所述螺旋线与柔性密封腔体的轴线夹角α＞55°。

10.如权利要求1所述的可柔性变形的后缘变弯度机翼，其特征在于，还包括

布置在每条翼肋的肋节位置处的多个位移传感器，所述位移传感器用于感知当前肋节的偏转角度，通过拟合每个肋节的转角拟合出所述翼肋的弯曲变形形状。

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