CN114348239A - 一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，包括固定肋架、可变形肋架、弹簧钢板和形状记忆合金丝，固定肋架与可变形肋架共同组成的肋架结构主体形成一个三角形结构；固定肋架的两个端部与可变形肋架的两个端部一一对应并形成滑动连接；肋架结构主体的中间设有弹簧钢板，弹簧钢板的上下两侧面分别面向固定肋架与可变形肋架的两个滑动连接处；弹簧钢板的上下两侧面上对称分布固定有数条形状记忆合金丝，形状记忆合金丝外接对其施加恒定电流的恒流源。本发明具有结构简单、性能稳定的优点，可以实现舵面的连续偏转，能够取代现有的变角片方法，提升风洞试验的效率，有助于飞行器的气动性能设计。

Description

一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构

技术领域

本发明涉及飞行器设计制造技术领域，更具体地说，涉及一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构。

背景技术

舵面是气动飞行器的操纵面，改变其偏转角度，从而改变飞行器的气动外形，是通过风洞试验测量飞行器气动特性的必要举措。

现有风洞试验中，常通过装卸有限个预弯角度的角片来改变舵面的偏转角度，每针对某个特定的角度开展试验，都要重启和关闭整套风洞试验系统，且每套试验都需人工针对不同离散角度的角片反复拆装，不仅试验的自动化程度低，而且不能保证气动环境和安装误差的一致性，致使试验效率低下，精度也受到影响。

因此，若能按测试需求控制舵面的偏角，使舵面实现一定角度范围内的自动偏转，对提高风洞试验效率和精度具有重要工程价值。

若采用电机驱动的方式，由于它是一种刚性结构的驱动技术，存在功重比低、易损耗、体积大等缺点，需结合调速装置使用，使得整个驱动系统较为复杂。而由于风洞尺寸有限，安装大型电机或其他大功率驱动装置较为困难。

因此，如何有效地解决上述技术问题，便成为本领域技术人员的一个研究课题。

发明内容

本发明提出了一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，其具体技术方案如下：

一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，包括固定肋架、可变形肋架、弹簧钢板和形状记忆合金丝，所述固定肋架与V字形状的所述可变形肋架共同组成的肋架结构主体基于飞行器舵面结构进行设计，且所述肋架结构主体形成一个三角形结构；所述固定肋架的两个端部与所述可变形肋架的两个端部一一对应并形成滑动连接；所述肋架结构主体的中间设有可弯曲的所述弹簧钢板，所述弹簧钢板的一端连接所述固定肋架对应边内侧面的中间位置，另一端连接所述可变形肋架的内部夹角处，并且所述弹簧钢板的上下两侧面分别面向所述固定肋架与所述可变形肋架的两个滑动连接处；所述弹簧钢板的上下两侧面上对称分布固定有数条所述形状记忆合金丝，所述形状记忆合金丝与所述弹簧钢板的轴线方向相平行，所述形状记忆合金丝外接对其施加恒定电流的恒流源。

本发明中的形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)丝具有形状记忆效应，对于电激励可产生机械形变响应，是一种可应用于驱动结构的智能材料。

本发明设计了一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，即舵面蒙皮之下的驱动结构，能够驱动舵面发生较大范围内正负角度的连续自动偏转，比变角片的风洞试验方法具有舵偏角可控性强，试验自动化程度高的优点，可以针对比角片预弯角度个数更多的舵偏角进行气动试验，有助于更加完整而准确地掌握飞行器的气动特性；而且，本发明不需要反复启动系统和反复拆装角片，提高了试验效率；同时，本发明没有人工拆装带来的安装误差，也能保证试验中气动环境的一致性，提高了试验精度。相比电机驱动方法，本发明具有结构轻便、噪声和污染较小的优点。

优选地，所述固定肋架或所述可变形肋架的两个端部处均开设有滑动槽，所述滑动槽内设有限位凸条；所述可变形肋架或所述固定肋架的两个端部均对应设计为插入部，所述插入部伸入所述滑动槽内，并通过其上的凹槽与所述滑动槽内的所述限位凸条滑动配合，实现所述可变形肋架与所述固定肋架的沿三角形边长方向上的相对滑动。

优选地，所述插入部的截面呈工字型，所述滑动槽内对应设有与所述插入部上的两个凹槽相滑动配合的两个所述限位凸条。

优选地，所述形状记忆合金丝具有低温马氏体和高温奥氏体两种结晶态，在低温时进行拉伸预处理，当加热到相变温度时，形状记忆合金会回复预处理前的长度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明弹簧钢板的俯视图。

图3为本发明固定肋架与可变形肋架的连接结构示意图。

图中：1-固定肋架，2-可变形肋架，3-弹簧钢板，4-形状记忆合金丝，5-滑动槽，6-限位凸条，7-插入部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

如图1所示，本发明一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构为舵面蒙皮之下的驱动结构，包括固定肋架1、可变形肋架2、弹簧钢板3和形状记忆合金丝4。

固定肋架1与V字形状的可变形肋架2共同组成的肋架结构主体基于飞行器舵面结构进行设计，且肋架结构主体形成一个三角形结构。固定肋架1的两个端部与可变形肋架2的两个端部一一对应并形成滑动连接。

在一个具体实施例中，固定肋架1或可变形肋架2的两个端部处均开设有滑动槽5，滑动槽5内设有限位凸条6；可变形肋架2或固定肋架1的两个端部则均对应设计为插入部7，插入部7伸入滑动槽5内，并通过其上的凹槽与滑动槽5内的限位凸条6滑动配合，实现可变形肋架2与固定肋架1的沿三角形边长方向上的相对滑动。

进一步地，插入部7的截面呈工字型，滑动槽5内对应设有与插入部7上的两个凹槽相滑动配合的两个限位凸条6。限位凸条6与凹槽可保证可变形肋架2与固定肋架1沿三角形边长的方向滑动，不至出现滑动方向偏移，进而使舵偏角能够精准可控。

在本实施例中，如图3所示，固定肋架1的两个端部处开设有滑动槽5，可变形肋架2的两个端部对应设计为插入部7。

肋架结构主体的中间设有可弯曲的弹簧钢板3，弹簧钢板3的一端连接固定肋架1对应边内侧面的中间位置，另一端连接可变形肋架2的内部夹角处，并且弹簧钢板3的上下两侧面分别面向固定肋架1与可变形肋架2的两个滑动连接处。

如图1、2所示，弹簧钢板3的上下两侧面上对称分布固定有数条形状记忆合金丝4(形状记忆合金丝4的数量根据设计需求要达到多少力矩以及所用丝的具体参数决定，本实施例中为四条)，形状记忆合金丝4与弹簧钢板3的轴线方向相平行。形状记忆合金丝4外接对其施加恒定电流的恒流源，每次操作的电流根据偏转需求是恒定的，但电流在不同偏转角度操作时的恒定值不同。

本发明通过将弹簧钢板3设于肋架结构主体的中间，可实现上下相同角度的偏转，即上下所能偏转的最大角度相同。而在最大角度范围内，上下可以做不同角度的偏转。

本发明所采用的形状记忆合金丝4具有低温马氏体和高温奥氏体两种结晶态，在低温时进行拉伸预处理，当加热到相变温度时，形状记忆合金会回复预处理前的长度，利用形状记忆合金收缩的应力作为驱动力，使弹簧钢板3弯曲，从而带动可变形肋架2弯曲变形，实现舵面偏转。当舵面需要向另一侧弯曲时，则加热另一侧的形状记忆合金丝4，利用形状记忆合金丝4的应力与弹簧钢板3自身的回复力使舵面向另一侧偏转。形状记忆合金丝4外接恒流源，对其施加恒定电流，利用其电阻的自发热来进行加热。

本发明的具体工作过程为：

如图1所示，欲使得舵面向上偏转，则选择加热弹簧钢板3上侧的1-4号形状记忆合金丝4来实现：对上侧形状记忆合金丝4通电流，使其自加热达到相变温度，从而收缩产生驱动力，带动弹簧钢板3向上弯曲，推动固连在弹簧钢板3一侧的可变形肋架2向上弯曲，此时下侧的可变形肋架2相对固定肋架1滑出，舵面向上偏转；反之，若欲使舵面向下偏转，则停止加热上侧形状记忆合金丝4，开始加热下侧5-8号形状记忆合金丝4，利用下侧形状记忆合金丝4的回复力与弹簧钢板3自身的回复力作为驱动力，驱动可变形肋架2向下弯曲，实现舵面向下偏转。

本发明具有结构简单、性能稳定的优点。采用上述技术方法，本发明可以实现舵面的连续偏转，能够取代现有的变角片方法，提升风洞试验的效率，有助于飞行器的气动性能设计。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，其特征在于，包括固定肋架(1)、可变形肋架(2)、弹簧钢板(3)和形状记忆合金丝(4)，所述固定肋架(1)与V字形状的所述可变形肋架(2)共同组成的肋架结构主体基于飞行器舵面结构进行设计，且所述肋架结构主体形成一个三角形结构；所述固定肋架(1)的两个端部与所述可变形肋架(2)的两个端部一一对应并形成滑动连接；所述肋架结构主体的中间设有可弯曲的所述弹簧钢板(3)，所述弹簧钢板(3)的一端连接所述固定肋架(1)对应边内侧面的中间位置，另一端连接所述可变形肋架(2)的内部夹角处，并且所述弹簧钢板(3)的上下两侧面分别面向所述固定肋架(1)与所述可变形肋架(2)的两个滑动连接处；所述弹簧钢板(3)的上下两侧面上对称分布固定有数条所述形状记忆合金丝(4)，所述形状记忆合金丝(4)与所述弹簧钢板(3)的轴线方向相平行，所述形状记忆合金丝(4)外接对其施加恒定电流的恒流源。

2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，其特征在于，所述固定肋架(1)或所述可变形肋架(2)的两个端部处均开设有滑动槽(5)，所述滑动槽(5)内设有限位凸条(6)；所述可变形肋架(2)或所述固定肋架(1)的两个端部均对应设计为插入部(7)，所述插入部(7)伸入所述滑动槽(5)内，并通过其上的凹槽与所述滑动槽(5)内的所述限位凸条(6)滑动配合，实现所述可变形肋架(2)与所述固定肋架(1)的沿三角形边长方向上的相对滑动。

3.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，其特征在于，所述插入部(7)的截面呈工字型，所述滑动槽(5)内对应设有与所述插入部(7)上的两个凹槽相滑动配合的两个所述限位凸条(6)。

4.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的可连续自动偏转舵面肋架结构，其特征在于，所述形状记忆合金丝(4)具有低温马氏体和高温奥氏体两种结晶态，在低温时进行拉伸预处理，当加热到相变温度时，形状记忆合金会回复预处理前的长度。

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