CN114204840A - 基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构及其方法。该舵面偏转机构主要包括舵面翼壳、压电复合材料双晶片、聚合物螺旋卷绕型作动器。舵面翼壳可绕固定轴转动，压电复合材料双晶片根部插入固定轴，对压电复合材料双晶片施加相位相反电压使其发生弯曲，其自由端滚子可在舵面翼壳后缘槽内滚动或滑动，从而对舵面翼壳后缘产生一法向压力使其发生偏转。当需要舵面偏转时，对聚合物螺旋卷绕型作动器加热使其收缩，进而对双晶片施加轴向压缩力，有助于舵面偏转量的增大。当不需要舵面偏转时，不对聚合物螺旋卷绕型作动器加热，使其不产生轴向拉应力，从而避免双晶片长时间在轴向压力作用下导致的永久变形，提高压电复合材料双晶片寿命。
Description
技术领域
本发明涉及微小型无人机飞行控制领域，具体涉及一种基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构及其方法。
背景技术
压电双晶片具有较小的体积和较大的带宽，十分适合于微小飞行器的翼面舵面偏转驱动控制，但是存在着输出位移小的缺点，为此需要通过施加轴向预压力的方式来增大其输出位移。
然而压电双晶片由于其结构材料的初始不对称，在长时间受到轴向力作用下，会导致初始弯曲进一步增大，最终导致双晶片折断。目前常用的套上预拉伸弹性带或弹簧等方法是不可控的轴向力施加方法，而形状记忆合金和形状记忆聚合物通常只在相变前后的两个状态下具有较稳定的特性，难以对中间相变状态进行精确控制，因此无法对预压缩力实现精确控制，而且传统形状记忆材料的成本也比较高。为此需要发展一种连续可控的施加轴向力方式，即在未工作时可以撤去轴向力，在工作时可精确施加可控轴向压力的加载方式，从而提高预压缩压电双晶片作动器的可靠性和工作寿命。
发明内容
为了实现对压电双晶片预压缩力的连续可控调节，并将其应用于微小飞行器的舵面偏转控制，本发明的目的在于提供一种可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构的设计方案及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明设计了采用功率电源来调节聚合物螺旋卷绕作动器轴向拉力的方法，从而保证对压电纤维复合材料双晶片精确施加轴向预压力；基于此再对悬臂式压电纤维复合材料双晶片施加相位相反电压，使其发生大幅度偏转，其运动端在舵面翼壳尾部的U型槽中滚动或滑动，从而带动舵面翼壳绕固定轴转动，实现舵面偏转。
本发明具体采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其包括舵面翼壳、固定轴、聚合物螺旋卷绕作动器、压电纤维复合材料双晶片和滑动轴；舵面翼壳的前端两侧分别设置带有预制卡槽的固定轴套，尾端两侧分别设有U型槽，且U型槽的开口方向朝向固定轴套；固定轴和压电纤维复合材料双晶片作为舵面翼壳的支撑结构，压电纤维复合材料双晶片同时作为舵面翼壳偏转驱动结构，其中压电纤维复合材料双晶片一端插入固定轴的通槽内并通过第一固定件与固定轴固联，其另一端插入滑动轴的通槽内并通过第二固定件与滑动轴固联；固定轴两端轴颈上分别套有第一微型轴承，两端的第一微型轴承外圈分别与舵面翼壳两侧的固定轴套固联，舵面翼壳能够绕固定轴整体转动；滑动轴位于U型槽内，滑动轴两端轴颈上分别套有第二微型轴承，两端的第二微型轴承外分别套有预制卡槽轴承套；舵面翼壳每一侧的一组固定轴套和预制卡槽轴承套上分别设置一条聚合物螺旋卷绕作动器，聚合物螺旋卷绕作动器一端套在固定轴套上的预制卡槽内，另一端套在预制卡槽轴承套上；两侧的聚合物螺旋卷绕作动器内部设有加热件，聚合物螺旋卷绕作动器被内部的加热件发热时能够整体沿轴向收缩，从而对压电复合材料双晶片施加预压缩力；压电纤维复合材料双晶片在外部电压控制下进行弯曲作动，当压电纤维复合材料双晶片发生弯曲时，预制卡槽轴承套与舵面翼壳尾部的U型槽构成滑动副，并驱动舵面翼壳绕固定轴偏转对外输出位移。
作为优选，两个所述固定轴套分别设置于舵面翼壳的翼型最厚弦向位置两侧，所述预制卡槽为开设于每个固定轴套外周面中间位置的环形槽；所述U型槽的长度与舵面翼壳宽度相同；舵面翼壳优选用三维打印的方式加工而成。
作为优选，所述压电纤维复合材料双晶片的中间层铝板的前端和后端均相对于上下两层压电纤维复合材料具有突出段，在突出段上分别开设用于插入螺栓的安装孔。
作为优选，所述固定轴的轴径大于所述滑动轴的轴径。
作为优选，固定轴的两端轴颈与第一微型轴承的内圈过盈配合，舵面翼壳上的固定轴套与第一微型轴承的外圈过盈配合；滑动轴的两端轴颈与第二微型轴承的内圈过盈配合，预制卡槽轴承套与第二微型轴承的外圈过盈配合。
作为优选，预制卡槽轴承套的卡槽截面大于聚合物螺旋卷绕作动器的丝径；预制卡槽轴承套直径略小于U型槽的槽宽。
作为优选，聚合物螺旋卷绕作动器是将聚合物纤维材料与导热金属丝在保持张力的状态下持续扭转至卷曲螺旋状，形成扭转的几何结构；且聚合物螺旋卷绕作动器两端分别保留一定长度未螺旋卷绕的聚合物纤维材料与导热金属丝，保留的聚合物纤维材料用于作为连接段连接预制卡槽和预制卡槽轴承套，保留的导热金属丝用于连接外部功率电源；优选的，所述聚合物螺旋卷绕作动器上嵌有热敏电阻。
进一步的，聚合物螺旋卷绕作动器与预制卡槽和预制卡槽轴承套的连接方式为：将两端未螺旋卷绕的聚合物纤维材料分别穿过一个夹线铝套的孔，再绕过对应的卡槽后重新通过夹线铝套的另一个孔，调整好聚合物纤维材料伸出长度使其仅仅套在对应的卡槽上，最后将两端的夹线铝套夹扁，形成两个分别与固定轴和滑动轴套接的绳套。
作为优选，所述第一固定件和第二固定件均采用匹配的螺栓和螺母。
第二方面，本发明提供了一种利用如前述基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构的作动方法，其步骤如下：工作开始时，先接通功率电源回路对聚合物螺旋卷绕作动器中的导热金属丝施加一定功率，使螺旋卷曲聚合物纤维温度升高，导致聚合物纤维材料产生径向热膨胀，高度扭转的几何结构将热膨胀转换为扭转力矩，对聚合物螺旋卷绕作动器产生整体收缩，从而对压电复合材料双晶片施加预压力，通过热敏电阻来测量螺旋卷曲聚合物纤维的温度并反馈调节功率电源回路的输出功率，通过将温度控制在设定值进而实现对预压缩力的控制；然后，对压电纤维复合材料双晶片的中间层铝板表面贴附的上下两层压电纤维复合材料施加幅值相同但相位相差180度的电压信号，使悬臂梁式的压电纤维复合材料双晶片发生弯曲变形，而弯曲变形带动滑动轴上的预制卡槽轴承套在舵面翼壳尾部的U型槽中滑动或滚动，并对舵面翼壳尾部施加压力，从而使驱动舵面翼壳绕固定轴偏转，对外输出位移；工作结束时，先通过控制电压使压电纤维复合材料双晶片回到初始位置，再断开功率电源回路停止对聚合物螺旋卷绕作动器的加热，最后停止压电纤维复合材料双晶片的施加电压。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提出的聚合物螺旋卷绕作动器可以通过对温度的调节来实现对施加于压电复合材料双晶片上预压缩力的连续控制，而且相对形状记忆材料聚合物螺旋卷绕作动器的成本较低；通过可控预压缩力的施加来增大压电纤维复合材料双晶片的输出位移；带有固定轴套和尾部U型槽的舵面翼壳的设计，能使压电复合材料双晶片的自由端在U型槽内滑动，从而驱动舵面绕着固定轴偏转。该设计方案结构紧凑、能使得压电纤维复合材料双晶片有着更加稳定的使用性能和更长的使用使命。
附图说明
图1是本发明基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构的轴测图；
图2是本发明基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构的零件爆炸图；
图3是压电纤维复合材料双晶片的零件爆炸图；
图4是聚合物螺旋卷绕作动器的结构示意图；
图5是基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构的作动示意图；
图中，舵面翼壳1、固定轴套1-1、固定轴套预制卡槽1-2、U型槽1-3、第一螺栓2、固定轴3、第一微型轴承4、聚合物螺旋卷绕作动器5、聚合物纤维材料5-1、热敏电阻5-2、导热金属丝5-3、夹线铝套5-4、压电复合材料双晶片6、第一压电复合材料6-1、中间层铝板6-2、第一压电复合材料6-3、滑动轴7、螺母8、第二螺栓9、第二微型轴承10、预制卡槽轴承套11、功率电源回路12。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作具体说明：
如图1和图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其主要包括舵面翼壳1、固定轴3、聚合物螺旋卷绕作动器5、压电纤维复合材料双晶片6和滑动轴7。其中，舵面翼壳1的前端两侧分别设置带有预制卡槽1-2的固定轴套1-1，尾端两侧分别设有U型槽1-3，且U型槽1-3的开口方向朝向固定轴套1-1。固定轴套1-1和U型槽1-3在舵面翼壳1上的具体设置位置可以根据实际进行优化调整，在本实施例中，两个固定轴套1-1分别设置于舵面翼壳1的翼型最厚弦向位置两侧，而U型槽1-3的长度与舵面翼壳1宽度相同，即U型槽1-3整体横向贯通舵面翼壳1。固定轴套1-1上的预制卡槽1-2为开设于每个固定轴套1-1外周面中间位置的环形槽。本实施例中的舵面翼壳1优选用三维打印的方式加工而成，以便于形成所需的形状结构。
参见图3所示，本实施例中的压电纤维复合材料双晶片6采用三层结构，位于中间的是中间层铝板6-2，中间层铝板6-2的上表面粘贴有上层压电纤维复合材料6-1，下表面粘贴有下层压电纤维复合材料6-3，上下两层压电纤维复合材料均可采用胶水对称粘贴于中间层铝板6-2两侧，胶水可采用环氧树脂胶。中间层6-2的两端应比上下两层压电纤维复合材料稍长，中间层铝板6-2的前端和后端均需要相对于上下两层压电纤维复合材料6-1具有突出段，在两端的突出段上分别开设用于插入螺栓的安装孔6-2-1。压电纤维复合材料双晶片6可在外部的压电控制器控制下，通过对两层压电纤维复合材料施加电压来控制其作动，其原理属于现有技术，不再赘述。
固定轴3和压电纤维复合材料双晶片6均位于舵面翼壳1内，作为舵面翼壳1的主要支撑结构，同时压电纤维复合材料双晶片6也是舵面的偏转驱动结构。其中，固定轴3用于与外部飞行器主体结构或主翼结构固定，从而将整个舵面偏转机构安装于外部飞行器主体结构或主翼结构上。压电纤维复合材料双晶片6一端插入固定轴3的通槽内，同时通过第一固定件与固定轴3固定，另一端插入滑动轴7的通槽，同时通过第二固定件与滑动轴7固定。第一固定件和第二固定件可以采用任何能够实现压电纤维复合材料双晶片6与轴固连的结构，在本实施例中第一固定件为两组第一螺栓2和螺母8，第二固定件为两组第二螺栓9和螺母8。第一螺栓2和第二螺栓9可插入固定轴3和滑动轴7上开设的通孔，再穿过中间层铝板6-2上的安装孔6-2-1后从轴底部穿出，将螺母8拧入相应的螺栓后即可实现固定。为保证舵面转轴3的刚度，可将固定轴3设计得粗一些，为了使在舵面内部的压电纤维复合材料双晶片6尽可能长，可将滑动轴7设计得细一些，因此固定轴3的轴径应大于滑动轴7的轴径。
另外，固定轴3两端轴颈上分别套有第一微型轴承4，两端的第一微型轴承4外圈分别与舵面翼壳1两侧的固定轴套1-1固联，舵面翼壳1能够绕固定轴3整体转动。而滑动轴7位于U型槽1-3内且滑动轴7沿槽体延伸方向布置，滑动轴7两端轴颈上分别套有第二微型轴承10，两端的第二微型轴承10外分别套有预制卡槽轴承套11。该结构在安装时，可以先在固定轴3的两端分别套上第一微型轴承4，在滑动轴7的两端分别套上第二微型轴承10，并在第二微型轴承10的外圈再套上预制卡槽轴承套11，再将上述装配后的结构装入舵面翼壳1，其中第一微型轴承4的外圈与舵面翼壳内固定轴套1-1固定，而预制卡槽轴承套11放入舵面翼壳尾部的U型槽1-3中。该设计能使压电纤维复合材料双晶片6在相对于固定轴3弯曲时，其滑动轴3上的预制卡槽轴承套11能对U型槽1-3的槽壁产生法向压力，从而驱动舵面翼壳1绕着固定轴3做一定角度偏转。具体而言，压电纤维复合材料双晶片6在外部的压电控制器施加电压后进行弯曲作动，当压电纤维复合材料双晶片6发生弯曲时，预制卡槽轴承套11与舵面翼壳1尾部的U型槽1-3构成滑动副能够具有一定的相对位移自由度，同时压电纤维复合材料双晶片6弯曲产生的驱动力也能够驱动舵面翼壳1绕固定轴3偏转对外输出位移。
另外，聚合物螺旋卷绕作动器5有两条，舵面翼壳1每一侧的一组固定轴套1-1和预制卡槽轴承套11上分别设置一条聚合物螺旋卷绕作动器5。聚合物螺旋卷绕作动器5一端套在固定轴套1-1上的预制卡槽1-2内，另一端套在预制卡槽轴承套11上。两侧的聚合物螺旋卷绕作动器5内部均设有加热件，聚合物螺旋卷绕作动器5被内部的加热件发热时能够整体沿轴向收缩，从而对压电复合材料双晶片6施加轴向的预压缩力。当需要舵面偏转时，对聚合物螺旋卷绕作动器5加热使其收缩，进而对压电复合材料双晶片施加轴向压缩力，有助于舵面偏转量的增大。当不需要舵面偏转时，不对聚合物螺旋卷绕作动器5加热，使其不产生轴向拉应力，从而避免压电复合材料双晶片长时间在轴向压力作用下导致的永久变形，提高压电复合材料双晶片寿命。
一般而言，预制卡槽轴承套11的卡槽截面要大于聚合物螺旋卷绕作动器5的丝径，从而保证纤维绳套不与U型槽1-3发生接触，进而阻碍预制卡槽轴承套11在U型槽1-3内的滑动。同时，预制卡槽轴承套11直径应当比U型槽1-3的槽宽略小，这是为了使预制卡槽轴承套11在U型槽1-3内的滑动自如但又能及时对U型槽1-3施加法向压力。
上述基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构中，为了保证各部件之间的稳定可靠连接，固定轴3的两端轴颈应当与第一微型轴承4的内圈过盈配合，舵面翼壳1上的固定轴套1-1应当与第一微型轴承4的外圈过盈配合；滑动轴7的两端轴颈应当与第二微型轴承10的内圈过盈配合，预制卡槽轴承套11应当与第二微型轴承10的外圈过盈配合。
如图4所示，聚合物螺旋卷绕作动器5是基于聚合物纤维材料受热后的特性设计的作动器，是一种将聚合物纤维在一定张力下持续扭转至卷曲螺旋状，能在高温下产生伸缩的人工肌肉。本实施例中，聚合物螺旋卷绕作动器5的制作方法是：将聚合物纤维材料5-1(一般为尼龙6,6)与导热金属丝5-3(一般为漆包镍铬线)在保持特定张力的状态下持续扭转至卷曲螺旋状，形成高度扭转的几何结构。而且为了便于两端与外部连接，在制作过程中须将聚合物螺旋卷绕作动器5两端分别保留一定长度未螺旋卷绕的聚合物纤维材料5-1与导热金属丝5-3，保留的聚合物纤维材料5-1用于作为连接段连接预制卡槽1-2和预制卡槽轴承套11。在这种做法下，聚合物螺旋卷绕作动器5与预制卡槽1-2和预制卡槽轴承套11的连接方式如下：将两端未螺旋卷绕的聚合物纤维材料5-1分别穿过一个夹线铝套5-4的孔，再绕过对应的卡槽后重新通过夹线铝套5-4的另一个孔，调整好聚合物纤维材料5-1伸出长度使其仅仅套在对应的卡槽上，最后将两端的夹线铝套5-4夹扁，形成两个分别与固定轴3和滑动轴7套接的绳套，由此联结压电纤维复合材料双晶片。另外，导热金属丝5-3在聚合物螺旋卷绕作动器5两端保留的长度，可以用来与功率电源连接，从而为聚合物纤维材料加热。聚合物螺旋卷绕作动器5上可选择一个位置嵌入一热敏电阻5-2，为了做好与导热金属丝5-3的绝缘，可以用绝缘导热胶来固定。通过热敏电阻5-2获得聚合物螺旋卷绕作动器5上的温度信息，从而保证其不发生过热损坏聚合物螺旋卷绕作动器5或是输出力过大损坏压电复合材料双晶片6。
如图5所示，为上述舵面偏转机构的一个作动示意图。在一个案例中，当舵面偏转机构不工作时，将为聚合物螺旋卷绕作动器5提供加热功率的功率电源回路12断开，从而不对聚合物螺旋卷绕作动器5加热，进而不对压电复合材料双晶片6施加轴向预压缩力，对上层压电复合材料6-1和下层压电复合材料6-3不施加电压，因此舵面翼壳1不发生偏转，处于初始的中间位置；当舵面偏转机构工作时，将功率电源回路12接通，对聚合物螺旋卷绕作动器5进行加热，进而对压电复合材料双晶片6施加轴向预压缩力，将热敏电阻5-2提供的实时温度信息与设计温度比较，通过控制功率电源回路12的输出功率实现对聚合物螺旋卷绕作动器5上温度的控制。同时对上层压电复合材料6-1和下层压电复合材料6-3分别施加1500V和-500V电压，使得上层压电复合材料6-1伸长，下层压电复合材料6-3缩短，导致压电复合材料双晶片6发生向下的大位移弯曲，使舵面翼壳1绕固定轴向下偏转。对上层压电复合材料6-1和下层压电复合材料6-3施加与上述电压相位相反的电压，则舵面翼壳1绕固定轴向上偏转。
由此，利用上述基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，本发明还提供了一种对外输出位移的作动方法，其步骤如下：
工作开始时，先接通功率电源回路12对聚合物螺旋卷绕作动器5中的导热金属丝5-3施加一定功率，使螺旋卷曲聚合物纤维5-1温度升高，导致聚合物纤维材料产生径向热膨胀，高度扭转的几何结构将热膨胀转换为扭转力矩，对聚合物螺旋卷绕作动器5产生整体收缩，从而对压电复合材料双晶片6施加预压力，通过热敏电阻5-2来测量螺旋卷曲聚合物纤维5-1的温度并反馈调节功率电源回路12的输出功率，通过将温度控制在设定值进而实现对预压缩力的控制；然后，对压电纤维复合材料双晶片6的中间层铝板6-2表面贴附的上下两层压电纤维复合材料施加幅值相同但相位相差180度的电压信号，使悬臂梁式的压电纤维复合材料双晶片6发生弯曲变形，而弯曲变形带动滑动轴7上的预制卡槽轴承套11在舵面翼壳1尾部的U型槽1-3中滑动或滚动，并对舵面翼壳1尾部施加压力，从而使驱动舵面翼壳1绕固定轴3偏转，对外输出位移；工作结束时，先通过控制电压使压电纤维复合材料双晶片6回到初始的中间位置，再断开功率电源回路12停止对聚合物螺旋卷绕作动器5的加热，最后停止压电纤维复合材料双晶片6的施加电压。
综上所述，本发明设计的可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，利用了带有热敏电阻5-2的聚合物螺旋卷绕作动器5，实现了对压电双晶片轴向预压缩力的可调可控，能提高压电双晶片作动器的工作可靠性和寿命。所设计的舵面翼壳尾部U型槽1-3和滑动轴7以及预制卡槽轴承套11组件，能够较好地解决由悬臂式压电双晶片驱动的偏转舵面在其自由端处与翼壳的连接问题。
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)
1.一种基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于，包括舵面翼壳(1)、固定轴(3)、聚合物螺旋卷绕作动器(5)、压电纤维复合材料双晶片(6)和滑动轴(7)；舵面翼壳(1)的前端两侧分别设置带有预制卡槽(1-2)的固定轴套(1-1)，尾端两侧分别设有U型槽(1-3)，且U型槽(1-3)的开口方向朝向固定轴套(1-1)；固定轴(3)和压电纤维复合材料双晶片(6)作为舵面翼壳(1)的支撑结构，压电纤维复合材料双晶片(6)同时作为舵面翼壳(1)偏转驱动结构，其中压电纤维复合材料双晶片(6)一端插入固定轴(3)的通槽内并通过第一固定件与固定轴(3)固联，其另一端插入滑动轴(7)的通槽内并通过第二固定件与滑动轴(7)固联；固定轴(3)两端轴颈上分别套有第一微型轴承(4)，两端的第一微型轴承(4)外圈分别与舵面翼壳(1)两侧的固定轴套(1-1)固联，舵面翼壳(1)能够绕固定轴(3)整体转动；滑动轴(7)位于U型槽(1-3)内，且滑动轴(7)两端轴颈上分别套有第二微型轴承(10)，两端的第二微型轴承(10)外分别套有预制卡槽轴承套(11)；舵面翼壳(1)每一侧的一组固定轴套(1-1)和预制卡槽轴承套(11)上分别设置一条聚合物螺旋卷绕作动器(5)，聚合物螺旋卷绕作动器(5)一端套在固定轴套(1-1)上的预制卡槽(1-2)内，另一端套在预制卡槽轴承套(11)上；两侧的聚合物螺旋卷绕作动器(5)内部设有加热件，聚合物螺旋卷绕作动器(5)被内部的加热件发热时能够整体沿轴向收缩，从而对压电复合材料双晶片(6)施加预压缩力；压电纤维复合材料双晶片(6)在外部电压控制下进行弯曲作动，当压电纤维复合材料双晶片(6)发生弯曲时，预制卡槽轴承套(11)与舵面翼壳(1)尾部的U型槽(1-3)构成滑动副，并驱动舵面翼壳(1)绕固定轴(3)偏转对外输出位移。
2.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：两个所述固定轴套(1-1)分别设置于舵面翼壳(1)的翼型最厚弦向位置两侧，所述预制卡槽(1-2)为开设于每个固定轴套(1-1)外周面中间位置的环形槽；所述U型槽(1-3)的长度与舵面翼壳(1)宽度相同；舵面翼壳(1)优选用三维打印的方式加工而成。
3.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：所述压电纤维复合材料双晶片(6)的中间层铝板(6-2)的前端和后端均相对于上下两层压电纤维复合材料具有突出段，在突出段上分别开设用于插入螺栓的安装孔(6-2-1)。
4.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：所述固定轴(3)的轴径大于所述滑动轴(7)的轴径。
5.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：固定轴(3)的两端轴颈与第一微型轴承(4)的内圈过盈配合，舵面翼壳(1)上的固定轴套(1-1)与第一微型轴承(4)的外圈过盈配合；滑动轴(7)的两端轴颈与第二微型轴承(10)的内圈过盈配合，预制卡槽轴承套(11)与第二微型轴承(10)的外圈过盈配合。
6.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：预制卡槽轴承套(11)的卡槽截面大于聚合物螺旋卷绕作动器(5)的丝径；预制卡槽轴承套(11)直径略小于U型槽(1-3)的槽宽。
7.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：聚合物螺旋卷绕作动器(5)是将聚合物纤维材料(5-1)与导热金属丝(5-3)在保持张力的状态下持续扭转至卷曲螺旋状，形成扭转的几何结构；且聚合物螺旋卷绕作动器(5)两端分别保留一定长度未螺旋卷绕的聚合物纤维材料(5-1)与导热金属丝(5-3)，保留的聚合物纤维材料(5-1)用于作为连接段连接预制卡槽(1-2)和预制卡槽轴承套(11)，保留的导热金属丝(5-3)用于连接外部功率电源；优选的，所述聚合物螺旋卷绕作动器(5)上嵌有热敏电阻(5-2)。
8.如权利要求7所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：聚合物螺旋卷绕作动器(5)与预制卡槽(1-2)和预制卡槽轴承套(11)的连接方式为：将两端未螺旋卷绕的聚合物纤维材料(5-1)分别穿过一个夹线铝套(5-4)的孔，再绕过对应的卡槽后重新通过夹线铝套(5-4)的另一个孔，调整好聚合物纤维材料(5-1)伸出长度使其仅仅套在对应的卡槽上，最后将两端的夹线铝套(5-4)夹扁，形成两个分别与固定轴(3)和滑动轴(7)套接的绳套。
9.如权利要求1所述的基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构，其特征在于：所述第一固定件和第二固定件均采用匹配的螺栓和螺母。
10.一种利用如权利要求7所述基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构的作动方法，其特征在于，步骤如下：工作开始时，先接通功率电源回路(12)对聚合物螺旋卷绕作动器(5)中的导热金属丝(5-3)施加一定功率，使螺旋卷曲聚合物纤维(5-1)温度升高，导致聚合物纤维材料产生径向热膨胀，高度扭转的几何结构将热膨胀转换为扭转力矩，对聚合物螺旋卷绕作动器(5)产生整体收缩，从而对压电复合材料双晶片(6)施加预压力，通过热敏电阻(5-2)来测量螺旋卷曲聚合物纤维(5-1)的温度并反馈调节功率电源回路(12)的输出功率，通过将温度控制在设定值进而实现对预压缩力的控制；然后，对压电纤维复合材料双晶片(6)的中间层铝板(6-2)表面贴附的上下两层压电纤维复合材料施加幅值相同但相位相差180度的电压信号，使悬臂梁式的压电纤维复合材料双晶片(6)发生弯曲变形，而弯曲变形带动滑动轴(7)上的预制卡槽轴承套(11)在舵面翼壳(1)尾部的U型槽(1-3)中滑动或滚动，并对舵面翼壳(1)尾部施加压力，从而使驱动舵面翼壳(1)绕固定轴(3)偏转，对外输出位移；工作结束时，先通过控制电压使压电纤维复合材料双晶片(6)回到初始位置，再断开功率电源回路(12)停止对聚合物螺旋卷绕作动器(5)的加热，最后停止压电纤维复合材料双晶片(6)的施加电压。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111528099.9A CN114204840A (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构及其方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN114204840A true CN114204840A (zh) | 2022-03-18 |
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ID=80653649
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| CN202111528099.9A Pending CN114204840A (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 基于可调预压缩力压电双晶片的舵面偏转机构及其方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN114204840A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115452308A (zh) * | 2022-11-09 | 2022-12-09 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种用于风洞中测定舵面操纵效率的偏转角可调结构 |
-
2021
- 2021-12-14 CN CN202111528099.9A patent/CN114204840A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115452308A (zh) * | 2022-11-09 | 2022-12-09 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种用于风洞中测定舵面操纵效率的偏转角可调结构 |
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