CN112550663B - 一种基于智能驱动装置的变形机翼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能驱动装置的变形机翼。该变形机翼的骨架包括从前至后顺序排列的机翼前缘、中隔板、后隔板和尾翼；机翼前缘与中隔板之间的前形状记忆合金驱动装置构成机翼的下表面Ⅰ，机翼前缘与中隔板的上方覆盖的蒙皮Ⅰ构成机翼的上表面Ⅰ；中隔板和后隔板之间的后形状记忆合金驱动装置构成机翼的下表面Ⅱ，中隔板和后隔板的上方覆盖的蒙皮Ⅱ构成机翼的上表面Ⅱ；机翼的上表面和下表面均光滑过渡；变形机翼上表面和变形机翼下表面在尾翼的后缘相交；尾翼的上表面和下表面分别安装上、下压电智能驱动装置。该变形机翼具有结构紧凑、驱动元件少、驱动能力大、变形翼面连续的优点，可以推广应用于机翼弯度变形的结构设计中。

Description

一种基于智能驱动装置的变形机翼

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种基于智能驱动装置的变形机翼。

背景技术

机翼飞行过程中弯度变化将带来升力、阻力的变化，根据飞行阶段的不同改变机翼弯度将有利于提高机翼飞行效率，到达增升减阻的目的。

目前，用于机翼弯度变形的装置较多，但是各有优劣，在变形范围、机构重量、机构效率等方面难以到达尽善尽美。现有机翼弯度变形装置主要采用电机驱动，带动连杆、滑块等装置进行平移、旋转运动，由于机翼内空间狭窄，其驱动元件性能往往受限，且机构只能根据机翼形状进行扁平布置，传动性能普遍较差，另外机构运动过程中各组件位置通常发生变化，机翼整体重心变化较大，影响机翼结构特性。

当前，亟需发展一种基于智能驱动装置的变形机翼。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于智能驱动装置的变形机翼。

本发明的基于智能驱动装置的变形机翼，其特点是，所述的变形机翼的骨架包括从前至后顺序排列的机翼前缘、中隔板、后隔板和尾翼；机翼前缘与中隔板之间固定安装有前形状记忆合金驱动装置，前形状记忆合金驱动装置的下表面构成机翼的下表面Ⅰ，机翼前缘与中隔板的上方覆盖有蒙皮Ⅰ，蒙皮Ⅰ构成机翼的上表面Ⅰ；中隔板和后隔板之间固定安装有后形状记忆合金驱动装置，后形状记忆合金驱动装置的下表面构成机翼的下表面Ⅱ，中隔板和后隔板的上方覆盖有蒙皮Ⅱ，蒙皮Ⅱ构成机翼的上表面Ⅱ；机翼前缘上表面、上表面Ⅰ、上表面Ⅱ和尾翼的上表面光滑过渡，形成变形机翼上表面；机翼前缘下表面、下表面Ⅰ、下表面Ⅱ和尾翼的下表面光滑过渡，形成变形机翼下表面；变形机翼上表面和变形机翼下表面在尾翼的后缘相交；

尾翼的上表面安装有上压电智能驱动装置，尾翼的下表面安装有下压电智能驱动装置。

进一步地，所述的前形状记忆合金驱动装置和后形状记忆合金驱动装置的结构相同，均包括从上至下顺序排列的形状记忆合金板、加热层和偏置层。

进一步地，所述的形状记忆合金板的材质为单程形状记忆合金；加热层的材质为电加热材料；偏置层的材质为弹性金属。

进一步地，所述的前形状记忆合金驱动装置安装方式为前形状记忆合金驱动装置的前、后两端通过螺钉分别固定在机翼前缘和中隔板上。

进一步地，所述的后形状记忆合金驱动装置安装方式为后形状记忆合金驱动装置的前、后两端通过螺钉分别固定在中隔板和后隔板上。

进一步地，所述的上压电智能驱动装置和下压电智能驱动装置的安装方式为粘贴。

进一步地，所述的上压电智能驱动装置和下压电智能驱动装置分别施加相反的正弦电压。

本发明的基于智能驱动装置的变形机翼中的形状记忆合金驱动装置具有可恢复变形大、迟滞阻尼高、受限回复力大、工作电压低、温度范围广、抗疲劳性能好、耐腐蚀性强等特点，对形状记忆合金驱动装置通电后，形状记忆合金发生弯曲变形，驱动蒙皮变形，改变了变形机翼的弯度。具体原理是，对加热层通电，形状记忆合金板受热弯曲，形状记忆合金板变形的回复力矩迫使偏置层被动变弯，在冷却后低温状态时，偏置层贮存的弹性势能强迫变形后的形状记忆合金板回复到低温马氏体状态时的形状，变形过程中形状记忆合金板与偏置层在几何上需要满足变形协调关系。具体过程是，当需要变形机翼进行弯度变形时，对形状记忆合金驱动装置通电加热，形状记忆合金驱动装置弯曲，驱动蒙皮变形，则变形机翼的弯度发生变化。通过对前形状记忆合金驱动装置和后形状记忆合金驱动装置分别通电或同时通电，可以实现三种不同的机翼弯度。

本发明的基于智能驱动装置的变形机翼中的压电智能驱动装置具有高频响应、高精度、高分辨率、性能稳定等特点。具体原理是，对压电智能驱动装置施加周期性电压，压电智能驱动装置会发生周期性弯曲，驱动尾翼产生高频振动，改善变形机翼后缘流场特性。具体过程是，当需要变形机翼进行尾翼整流时，对上压电智能驱动装置和下压电智能驱动装置分别施加相反的正弦电压，上压电智能驱动装置与下压电智能驱动装置将分别产生周期性变形，驱动尾翼进行高频振动，改善机翼后缘流场特性。

本发明的基于智能驱动装置的变形机翼针对机翼结构变形的现实需求，利用形状记忆合金和压电材料特性制作了混合智能驱动装置，实现机翼变形。形状记忆合金驱动装置结构简单，结构紧凑，翼面变形连续；形状记忆合金驱动装置采用形状记忆合金原理实现了机翼的弯度变形，通过布置多个形状记忆合金驱动装置，可实现机翼多弯度变形。压电智能驱动装置驱动元件小，驱动力大，变形可控；压电智能驱动装置采用压电变形原理实现了机翼尾翼的变形，通过上下两套压电智能驱动装置的周期性电压输入控制，实现了尾翼的高频振动，改善了机翼后缘流场特性。

综上所述，本发明的基于智能驱动装置的变形机翼是基于形状记忆合金及压电材料的混合智能驱动装置，利用主动控制原理实现机翼结构变形，控制机翼周边流场的流动状态，解决了机翼变形结构复杂、驱动机构体积大以及变形位置翼面不连续等问题，具有变形机翼结构紧凑、驱动元件少、驱动能力大、变形翼面连续的优点，能够实现机翼多弯度的变化，可以推广应用于机翼弯度变形的结构设计中。

附图说明

图1为本发明的基于智能驱动装置的变形机翼的结构示意图；

图2为本发明的基于智能驱动装置的变形机翼中的形状记忆合金驱动装置的结构示意图。

图中，1.机翼前缘 2.蒙皮Ⅰ 3.中隔板 4.后隔板 5.尾翼 6.前形状记忆合金驱动装置 7.后形状记忆合金驱动装置 8.上压电智能驱动装置 9.下压电智能驱动装置 10.形状记忆合金板 11.加热层12.偏置层 13.蒙皮Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1所示，本发明的基于智能驱动装置的变形机翼的骨架包括从前至后顺序排列的机翼前缘1、中隔板3、后隔板4和尾翼5；机翼前缘1与中隔板3之间固定安装有前形状记忆合金驱动装置6，前形状记忆合金驱动装置6的下表面构成机翼的下表面Ⅰ，机翼前缘1与中隔板3的上方覆盖有蒙皮Ⅰ2，蒙皮Ⅰ2构成机翼的上表面Ⅰ；中隔板3和后隔板4之间固定安装有后形状记忆合金驱动装置7，后形状记忆合金驱动装置7的下表面构成机翼的下表面Ⅱ，中隔板3和后隔板4的上方覆盖有蒙皮Ⅱ13，蒙皮Ⅱ13构成机翼的上表面Ⅱ；机翼前缘1上表面、上表面Ⅰ、上表面Ⅱ和尾翼5的上表面光滑过渡，形成变形机翼上表面；机翼前缘1下表面、下表面Ⅰ、下表面Ⅱ和尾翼5的下表面光滑过渡，形成变形机翼下表面；变形机翼上表面和变形机翼下表面在尾翼5的后缘相交；

尾翼5的上表面安装有上压电智能驱动装置8，尾翼5的下表面安装有下压电智能驱动装置9。

进一步地，如图2所示，所述的前形状记忆合金驱动装置6和后形状记忆合金驱动装置7的结构相同，均包括从上至下顺序排列的形状记忆合金板10、加热层11和偏置层12。

进一步地，所述的形状记忆合金板10的材质为单程形状记忆合金；加热层11的材质为电加热材料；偏置层12的材质为弹性金属。

进一步地，所述的前形状记忆合金驱动装置6安装方式为前形状记忆合金驱动装置6的前、后两端通过螺钉分别固定在机翼前缘1和中隔板3上。

进一步地，所述的后形状记忆合金驱动装置7安装方式为后形状记忆合金驱动装置7的前、后两端通过螺钉分别固定在中隔板3和后隔板4上。

进一步地，所述的上压电智能驱动装置8和下压电智能驱动装置9的安装方式为粘贴。

进一步地，所述的上压电智能驱动装置8和下压电智能驱动装置9分别施加相反的正弦电压。

实施例1

本实施例的基于智能驱动装置的变形机翼的安装过程如下：

前记忆合金智能驱动装置6和后记忆合金驱动装置7安装于变形机翼下方作为机翼下表面，前形状记忆合金驱动装置6前后分别与机翼前缘1和中隔板3通过螺钉连接，后形状记忆合金驱动装置7前后分别与中隔板3和后隔板4通过螺钉连接；

蒙皮Ⅰ2与机翼前缘1通过螺钉连接、蒙皮Ⅱ13与中隔板3、后隔板4通过螺钉连接，尾翼5与后隔板4通过螺钉连接；

上压电智能驱动装置8和下压电智能驱动装置9分别粘贴在尾翼5的上表面和下表面。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种基于智能驱动装置的变形机翼，其特征在于，所述的变形机翼的骨架包括从前至后顺序排列的机翼前缘(1)、中隔板(3)、后隔板(4)和尾翼(5)；机翼前缘(1)与中隔板(3)之间固定安装有前形状记忆合金驱动装置(6)，前形状记忆合金驱动装置(6)的下表面构成机翼的下表面Ⅰ，机翼前缘(1)与中隔板(3)的上方覆盖有蒙皮Ⅰ(2)，蒙皮Ⅰ(2)构成机翼的上表面Ⅰ；中隔板(3)和后隔板(4)之间固定安装有后形状记忆合金驱动装置(7)，后形状记忆合金驱动装置(7)的下表面构成机翼的下表面Ⅱ，中隔板(3)和后隔板(4)的上方覆盖有蒙皮Ⅱ(13)，蒙皮Ⅱ(13)构成机翼的上表面Ⅱ；机翼前缘(1)上表面、上表面Ⅰ、上表面Ⅱ和尾翼(5)的上表面光滑过渡，形成变形机翼上表面；机翼前缘(1)下表面、下表面Ⅰ、下表面Ⅱ和尾翼(5)的下表面光滑过渡，形成变形机翼下表面；变形机翼上表面和变形机翼下表面在尾翼(5)的后缘相交；

尾翼(5)的上表面安装有上压电智能驱动装置(8)，尾翼(5)的下表面安装有下压电智能驱动装置(9)；

所述的前形状记忆合金驱动装置(6)和后形状记忆合金驱动装置(7)的结构相同，均包括从上至下顺序排列的形状记忆合金板(10)、加热层(11)和偏置层(12)；

所述的形状记忆合金板(10)的材质为单程形状记忆合金；加热层(11)的材质为电加热材料；偏置层(12)的材质为弹性金属；

所述的上压电智能驱动装置(8)和下压电智能驱动装置(9)分别施加相反的正弦电压；

对前形状记忆合金驱动装置(6)和后形状记忆合金驱动装置(7)通电后，形状记忆合金板(10)发生弯曲变形，驱动蒙皮Ⅰ(2)和蒙皮Ⅱ(13)变形，改变变形机翼的弯度；

对上压电智能驱动装置(8)和下压电智能驱动装置(9)施加周期性电压，压电智能驱动装置发生周期性弯曲，驱动尾翼(5)产生高频振动，改善变形机翼后缘流场特性。

2.根据权利要求1所述的基于智能驱动装置的变形机翼，其特征在于，所述的前形状记忆合金驱动装置(6)安装方式为前形状记忆合金驱动装置(6)的前、后两端通过螺钉分别固定在机翼前缘(1)和中隔板(3)上。

3.根据权利要求1所述的基于智能驱动装置的变形机翼，其特征在于，所述的后形状记忆合金驱动装置(7)安装方式为后形状记忆合金驱动装置(7)的前、后两端通过螺钉分别固定在中隔板(3)和后隔板(4)上。

4.根据权利要求1所述的基于智能驱动装置的变形机翼，其特征在于，所述的上压电智能驱动装置(8)和下压电智能驱动装置(9)的安装方式为粘贴。

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