CN114295012B - 一种旋转变后掠弹翼 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种旋转变后掠弹翼，包括形状记忆合金丝、弹翼、转轴、驱动模块、驱动加热系统，所述弹翼与处于弹身内部的驱动模块固定连接，所述转轴穿过驱动模块固定到弹身上，所述驱动模块带动弹翼绕转轴转动，在驱动模块和弹身内部某一固定位置之间连接形状记忆合金丝，所述驱动加热系统加热形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝长度变化、带动驱动模块转动。该旋转变后掠弹翼，采用形状记忆合金丝驱动弹翼变后掠角方式，实现多次重复变后掠角，且可以停留在任意后掠角度，整个驱动装置体积小、结构重量轻，有利于弹体减重。

Description

一种旋转变后掠弹翼

技术领域

本发明设计弹翼变形技术领域，具体涉及一种旋转变后掠弹翼。

背景技术

复杂的战场环境对导弹的新质作战能力提出了越来越高的要求，为了适应长时巡航、快速抵近和隐蔽突防等不同作战任务的需求，对导弹的气动构型提出了新的要求，特别是弹翼，在亚声速巡航状态为了获得较高升阻比，一般采用平直翼，在高亚声速突防状态考虑隐身等性能需求，一般采用后掠翼，而在超声速巡航飞行时，一般采用边条翼。因此弹翼变后掠角成为了适应不同飞行状态和作战任务的一个重要需求。

传统的变后掠翼一般采用传统机械传动方式，如美国的F-14，但机械传动装置占用空间较大，增加了飞机的总重，维修费用高昂；由于仅外翼段进行变后掠，外翼段较短，且变化范围为20-68°，比较小，无法实现亚、超声速结合巡航高效飞行、低空隐蔽突防。另外一种传统的弹翼展开方式采用火工品驱动，但仅能实现从折叠或者收起状态展开，无法进行重复多次的变形。

发明内容

针对现有技术中存在的变后掠翼结构占用空间大、重量大、变化范围小等技术问题，本发明提供了一种旋转变后掠弹翼，采用形状记忆合金丝驱动弹翼变后掠角方式，实现多次重复变后掠角，且可以停留在任意后掠角度，整个驱动装置体积小、结构重量轻，有利于弹体减重。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种旋转变后掠弹翼，包括形状记忆合金丝、弹翼、转轴、驱动模块、驱动加热系统，所述弹翼与处于弹身内部的驱动模块固定连接，所述转轴穿过驱动模块固定到弹身上，所述驱动模块带动弹翼绕转轴转动，在驱动模块、弹身内部某一固定位置之间连接形状记忆合金丝，所述驱动加热系统加热形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝长度变化、带动驱动模块转动。

进一步地，所述驱动模块上设置两根形状记忆合金丝，所述两根形状记忆合金丝朝弹身相反方向控制驱动模块转动。

进一步地，所述驱动模块朝向弹身内侧包括一弧形面，所述弧形面包括两个耳片、以及与两耳片对应的开槽，两个开槽平行，弹身前后两端分别设置定滑轮，两根形状记忆合金丝的一端分别固定在一个耳片上，另一端穿过对应的开槽、绕过弹身一端的定滑轮、固定到弹身内部预紧部件上。

进一步地，所述开槽位于两耳片之间，两个开槽平行。

进一步地，所述驱动加热系统包括固态继电器和电源，所述固态继电器的输入端接入PWM驱动信号，输出端与电源和形状记忆合金丝串联连接，当固态继电器输出端导通时，所述电源、固态继电器的输出端和形状记忆合金丝构成回路，形状记忆合金丝通电加热。

进一步地，还包括驱动控制系统，所述驱动控制系统包括控制器、热电偶传感器、位移传感器，两根形状记忆合金丝上分别布置热电偶传感器，所述热电偶传感器连接热电偶变送器，所述位移传感器设置在驱动模块上，所述控制器分别与热电偶变送器、位移传感器、驱动加热系统固态继电器连接，所述控制器根据热电偶变送器、位移传感器输出信号计算形状记忆合金丝的实时温度和弹翼旋转角度，输出PWM驱动信号给固态继电器。

进一步地，所述位移传感器为直线位移传感器，所述位移传感器一端与驱动模块铰支、另一端与弹身铰支。

进一步地，所述弹翼后掠角α计算方法如下

其中，记A、B分别为线位移传感器与驱动模块、机身铰支点，L₁为转轴轴线与铰支点A的距离，L₂为转轴轴线与铰支点B的距离，L₃为位移传感器自身长度，x为位移传感器伸长量。

进一步地，所述驱动模块通过两个轴承与轴连接，轴承内圈与转轴为过盈配合，两个轴承的外圈之间通过驱动模块上的凸台来定位。

进一步地，弹身内包括若干隔板，形状记忆合金丝穿过隔板、一端固定在隔板的预紧部件上。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、本发明提出了采用形状记忆合金丝驱动的弹翼变后掠角方式，相对于传统的弹翼展开的优点在于，可实现多次重复变后掠角，且可以停留在任意后掠角度；相对于机械传动变后掠角的方式，可以降低附加的结构重量。

2、本发明的形状机翼合金丝驱动的弹翼变后掠角，对于能源需求量较低，可直接连接弹上设备采用的电源即可，降低了对能源的需求。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的旋转变后掠弹翼的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的弹翼与轴承连接结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的驱动模块结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的凸台和轴承配合结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的形状记忆合金丝布置示意图，(a)、(b)分别为两根形状记忆合金丝的布置示意图；

图6为本发明具体实施例提供的驱动器加热系统框图；

图7为本发明具体实施例提供的位移传感器安装示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、形状记忆合金丝；2、定滑轮；3、弹翼；4、隔板；5、转轴；6、轴承；7、驱动模块；8、耳片；9、开槽；10、位移传感器；11、凸台；12、预紧部件。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明提供的一种旋转变后掠弹翼，主要包括形状记忆合金丝、弹翼、转轴、驱动模块、驱动加热系统,弹翼与处于弹身内部的驱动模块固定连接，转轴穿过驱动模块固定到弹身上，驱动模块带动弹翼绕转轴转动，在驱动模块、弹身内部某一固定位置之间连接形状记忆合金丝，驱动加热系统加热形状记忆合金丝，形状记忆合金丝长度变化，带动驱动模块转动。本发明采用形状记忆合金丝驱动弹翼变后掠角方式，可实现多次重复变后掠角，且可以停留在任意后掠角度，而且整个驱动装置体积小、结构重量轻，有利于弹体减重。

优选的，驱动模块上设置两根形状记忆合金丝，沿弹身轴线、朝相反方向控制驱动模块和弹翼的转动。通过两根形状记忆合金丝的配合可以灵活控制弹翼转动方向、角度。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。

本发明提供的一种旋转变后掠弹翼，包括镍钛形状记忆合金丝1、弹翼3、转轴5、轴承6、驱动模块7、定滑轮2、热电偶传感器、位移传感器10、驱动加热系统、驱动控制系统，如图1所示。

如图1、2所示，旋转变后掠弹翼是通过弹翼3与处于弹身内部驱动模块7固连，弹翼3和驱动模块7通过转轴5连接到弹身上，围绕固定在弹身上的转轴转动，在驱动模块7、弹身之间连接形状记忆合金丝1，通过形状记忆合金丝1在加热和降温过程中的收缩和伸长来带动驱动模块7发生转动，实现弹翼3后掠角变化。优选的，弹翼、驱动模块可一体成型。

如图3、4所示，驱动模块7通过两个轴承6与转轴5连接，轴承6内圈与转轴5为过盈配合，两个轴承6的外圈之间通过驱动模块7上的凸台11来定位。如图3所示，驱动模块7朝向弹身轴线方向的表面采用弧形面，弧形面朝向弹身前后方向分别设置一个耳片8，两个耳片沿转轴5轴线方向错开(即高度不同)，不同驱动模块7弧形面上分别设置与两个耳片8对应的开槽9。位于驱动模块7弧形面上的开槽9用来约束形状记忆合金丝，两根形状记忆合金丝1分别与开槽末端的耳片8连接。

优选的，开槽位于两耳片之间，两个开槽平行，两根形状记忆合金丝1先相对布设，然后朝相反方向绕过定滑轮后，在固定在弹身上。如图5所示，具体的，形状记忆合金丝1的一端固定在驱动模块7的一个耳片8上，嵌入对应的开槽9对其进行约束，另外一端穿过弹身内部隔板4，绕过弹身一端的定滑轮2连接到弹身的隔板的预紧部件12上，另外一根丝的连接方式类似。弹身的耳片位置根据需要的形状记忆合金丝1长度来确定，优选的，将弹身预紧部件设置在隔板4上。当需要弹翼后掠角发生变化时，对相应的丝加热，另一根丝不加热或者缓慢解热，两根丝一起控制驱动模块7和弹翼3的转动，直到弹翼达到所设定的后掠角。两根形状记忆合金丝1可以准确控制后掠角角度。

驱动加热系统包括固态继电器和电源，如图6所示，固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，固态继电器的输入端接入下位机输出的PWM(脉冲宽度调制)驱动信号，输出端与电源和形状记忆合金丝串联连接。当固态继电器输出端导通时，电源、固态继电器的输出端和形状记忆合金丝构成回路。当PWM信号为高电平时，固态继电器输出端导通，形状记忆合金丝通电加热；当PWM信号为低电平时，固态继电器输出端断路，形状记忆合金丝断电冷却。通过控制固态继电器导通时间控制形状记忆合金丝加热、冷却时机。本实例中选用的形状记忆合金丝的电流为6A，下位机输出PWM信号频率设定为100Hz，输出电压范围为0～5V。

为了更好的控制旋转变后掠工作过程，本实施例中，还设计了驱动控制系统。驱动控制系统采用STM32单片机作为控制器，控制整个程序的运转，在两根形状记忆合金丝上分别布置热电偶传感器，以测量形状记忆合金丝的温度和偏转角度，热电偶连接到热电偶变送器，热电偶变送器将放大后的模拟信号和位移传感器输出的模拟信号一起传送到控制器中，经过A/D转换(模拟和数字信号转换)得到数字信号，并通过程序处理得到形状记忆合金丝的实时温度和弹翼旋转角度。单片机根据接收到的信号输出PWM方波信号给继电器，控制形状记忆合金丝的加热冷却，从而产生一定的收缩或伸长量。

驱动加热系统、驱动控制系统设置在弹身内部不影响弹翼工作的位置，热热电偶传感器直接固定在形状记忆合金丝上。位移传感器10为直线位移传感器，如图7所示，位移传感器一端与驱动模块7铰支，另一端与弹身铰支，通过线位移转换为角位移，实现对弹翼后掠角的实时测量。

线位移传感器与驱动模块铰支点为A，与机身铰支点为B，设转轴5轴线位置与铰支点A的距离为L₁，转轴轴线位置与铰支点B的距离为L₂，位移传感器自身长度L₃，产生后掠角时位移传感器伸长量为x，则后掠角α的计算表达式为

依据需要的后掠角变化范围，可计算形状记忆合金丝变化量，确定形状记忆合金丝长度，并在弹身内部合理布置形状记忆合金丝。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种旋转变后掠弹翼，其特征在于，包括形状记忆合金丝、弹翼、转轴、驱动模块、驱动加热系统，所述弹翼与处于弹身内部的驱动模块固定连接，所述转轴穿过驱动模块固定到弹身上，所述驱动模块带动弹翼绕转轴转动，在驱动模块、弹身内部某一固定位置之间连接形状记忆合金丝，所述驱动加热系统加热形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝长度变化、带动驱动模块转动；

所述驱动模块上设置两根形状记忆合金丝，所述两根形状记忆合金丝朝弹身相反方向控制驱动模块转动；

所述驱动模块朝向弹身内侧包括一弧形面，所述弧形面包括两个耳片、以及与两耳片对应的开槽，两个开槽平行，弹身前后两端分别设置定滑轮，两根形状记忆合金丝的一端分别固定在一个耳片上，另一端穿过对应的开槽、绕过弹身一端的定滑轮、固定到弹身内预紧部件上。

2.根据权利要求1所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，所述开槽位于两耳片之间，两个开槽平行。

3.根据权利要求1所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，所述驱动加热系统包括固态继电器和电源，所述固态继电器的输入端接入PWM驱动信号，输出端与电源和形状记忆合金丝串联连接，当固态继电器输出端导通时，所述电源、固态继电器的输出端和形状记忆合金丝构成回路，形状记忆合金丝通电加热。

4.根据权利要求3所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，还包括驱动控制系统，所述驱动控制系统包括控制器、热电偶传感器、位移传感器，两根形状记忆合金丝上分别布置热电偶传感器，所述热电偶传感器连接热电偶变送器，所述位移传感器设置在驱动模块上，所述控制器分别与热电偶变送器、位移传感器、驱动加热系统固态继电器连接，所述控制器根据热电偶变送器、位移传感器输出信号计算形状记忆合金丝的实时温度和弹翼旋转角度，输出PWM驱动信号给固态继电器。

5.根据权利要求4所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，所述位移传感器为直线位移传感器，所述位移传感器一端与驱动模块铰支、另一端与弹身铰支。

6.根据权利要求5所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，所述弹翼后掠角α计算方法如下

其中，记A、B分别为线位移传感器与驱动模块、机身铰支点，L₁为转轴轴线与铰支点A的距离，L₂为转轴轴线与铰支点B的距离，L₃为位移传感器自身长度，x为位移传感器伸长量。

7.根据权利要求1所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，所述驱动模块通过两个轴承与轴连接，轴承内圈与转轴为过盈配合，两个轴承的外圈之间通过驱动模块上的凸台来定位。

8.根据权利要求1所述的旋转变后掠弹翼，其特征在于，弹身内包括若干隔板，形状记忆合金丝穿过隔板、一端固定在隔板的预紧部件上。