CN116395124B - 一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞行器设计技术领域，公开了一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构。本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构通过加热形状记忆合金丝，使其恢复到变形前的形状，从而产生驱动力，驱动外部连接的零部件发生运动，能够有效实现机翼翼面变形驱动机构的结构轻量化而且无液压油泄露风险。本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构适用于机翼翼面、机翼前后缘、机翼襟翼、机翼后缘的变形驱动或直升机旋翼后缘调整片的变形驱动，具有工程应用价值。

Description

一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构
技术领域
本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构。
背景技术
鸟类可以根据飞行环境和飞行目的，通过改变翅膀外形，不断调整形态、弯度或扭转度来增加最大升力系数，增加滚转稳定性和减小失速速度。人类通过对鸟类的飞行行为的研究，获得了改变飞行器气动外形以提高飞行器适应外部环境和高效完成任务需求的设计灵感。
近年来，随着空气动力学、控制学、结构学以及材料学技术的不断发展，通过改变机翼外形而获得更好飞行性能的变体飞行器技术研究获得了长足的进步。目前，仍旧是以电机驱动或者液压驱动的驱动器作为机翼变形驱动的主流驱动方式，但是，电机驱动或者液压驱动的驱动器存在结构质量大、液压油从管路泄露的问题，难以实现飞行器机翼的轻量化和高可靠性要求。
以镍钛合金为代表的形状记忆合金材料，可以在加热后恢复到变形前的原始形状，该过程称为形状记忆效应，具有广阔的应用前景。
以形状记忆合金材料为驱动器的结构具有驱动能量密度高、输出力大、无污染、无噪音、结构简洁、紧凑等诸多优点，适用于驱动力大、作业空间小，能够满足机翼翼面变形机构所需的轻量化的应用场合。
当前，亟需发展一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构。
本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构，其特点是，所述的机翼翼面变形机构包括水平放置的框架底板，框架底板的前端固定竖直放置且上下对称的前横架杆；
在前横架杆的后方，从前至后依次固定竖直放置且上下对称的若干组支架，支架上固定水平放置且上下对称的直线导轨；
在直线导轨上，从前至后装卡若干组上下对称的滑块；
在前横架杆的上端和上方的滑块上安装若干组并列的平面四连杆形成的连杆组，各连杆之间、连杆与前横架杆的上端以及连杆与滑块之间均采用销轴连接，上方的连杆组构成上方翼面的骨架；在前横架杆的下端和下方的滑块上安装对称的若干组并列的平面四连杆形成的连杆组，下方连杆组构成下方翼面的骨架；上方翼面的骨架与下方翼面的骨架上下对称；
在框架底板的中段、上下对称的直线导轨的内侧，从前至后依次固定前固定板、活动板和后固定板，前固定板上设置有竖直排列的一列绕线柱，活动板上设置有对应的竖直排列的两列绕线柱，后固定板上设置有对应的竖直排列的一列绕线柱；第一列绕线柱和第二列绕线柱之间按照S型缠绕前形状记忆合金丝，第三列绕线柱和第四列绕线柱之间按照S型缠绕后形状记忆合金丝；
第一列绕线柱连接直流电源的正极，第二列绕线柱连接直流电源的负极，第三列绕线柱连接直流电源的正极，第四列绕线柱连接直流电源的负极；
第一列绕线柱和第二列绕线柱接通直流电源时，上方翼面的骨架和下方翼面的骨架同时呈现展开状态；第三列绕线柱和第四列绕线柱接通直流电源时，上方翼面的骨架和下方翼面的骨架同时呈现收起状态。
进一步地，所述的前形状记忆合金丝和后形状记忆合金丝的材质为镍钛合金。
进一步地，所述的前形状记忆合金丝和后形状记忆合金丝的初始安装状态为具有残余应变的退孪马氏体相。
进一步地，所述的上方翼面的骨架和下方翼面的骨架的初始形状根据需要进行预设，并通过在前形状记忆合金丝和后形状记忆合金丝上施加预应力完成初始形状安装。
进一步地，所述的前形状记忆合金丝和后形状记忆合金丝均为独立供电，采用单独控制方式。
本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构具有以下优点：
1.克服常规的电机驱动或者液压驱动的驱动器存在的重量大、液压油泄露风险高的问题，在产生同等的驱动力矩时，结构质量更轻、可靠性更高，而且驱动过程无噪音；
2.在形状记忆合金丝的两端施加直流电源，形状记忆合金丝产生焦耳热，恢复原始形状，无需额外提供热源或者其它将电能转变为机械能的能量转换方式，结构简单、可靠性高。
本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构通过加热形状记忆合金丝，使其恢复到变形前的形状，从而产生驱动力，驱动外部连接的零部件发生运动，能够有效实现机翼翼面变形驱动机构的结构轻量化而且无液压油泄露风险。本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构适用于机翼翼面、机翼前后缘、机翼襟翼、机翼后缘的变形驱动或直升机旋翼后缘调整片的变形驱动，具有工程应用价值。
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，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下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而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。
图1a为本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构的翼面展开状态示意图（俯视图）；
图1b为本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构的翼面展开状态示意图（驱动机构局部放大图Ⅰ）；
图1c为本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构的翼面展开状态示意图（轴侧视图）；
图2a为本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构的翼面收起状态示意图（俯视图）；
图2b为本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构的翼面收起状态示意图（驱动机构局部放大图Ⅱ）；
图2c为本发明的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构的翼面收起状态示意图（轴侧视图）。
图中，1.框架底板；2.前横架杆；3.直线导轨；4.销轴；5.滑块；6.连杆组；7.支架；801.前形状记忆合金丝；802.后形状记忆合金丝；9.后固定板；10.活动板；11.前固定板；12.绕线柱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1：
在图1a中，框架底板1为整个机构的基础，直线导轨3通过支架7与框架底板1连接，滑块5在直线导轨3上做直线运动，连杆组6通过销轴4连接，各连杆绕销轴4旋转，连杆组6的前端通过销轴4连接在前横架杆2上，绕前横架杆2转动，连杆组6还通过销轴4与滑块5连接，绕滑块5转动，也可由滑块5牵拉做直线移动。
在图1b中，前形状记忆合金丝801通过绕线柱12以S型依次在前固定板11的第一列绕线柱12和活动板10的第二列绕线柱12之间绕线，第一列绕线柱12和第二列绕线柱12并分别与直流电源的正、负极连接。类似地，后形状记忆合金丝802通过绕线柱12以S型依次在活动板10的第三列绕线柱12和后固定板9的第四列绕线柱12之间绕线，第三列绕线柱12和第四列绕线柱12并分别与直流电源的正、负极连接。
如图1a、图1c所示，机翼翼面骨架处于展开状态，展开状态的实现是通过对前形状记忆合金丝801施加直流电压，而后形状记忆合金丝802不施加电压，在前形状记忆合金丝801中形成电流，前形状记忆合金丝801的内阻产生焦耳热并被加热，加热后的前形状记忆合金丝801发生回复应变，驱动活动板10向前做直线运动，使得与活动板10连接的滑块5向前做直线运动，进而将机翼翼面展开。
如图1c的轴侧视图能够更好地展示机翼翼面展开状态下各个零部件之间的关系。
图2a~图2c为翼面收起状态，通过对后形状记忆合金丝802施加直流电压，前形状记忆合金丝801不施加电压，后形状记忆合金丝802通电后产生的焦耳热使得后形状记忆合金丝802发生回复应变，驱动活动板10向后移动，与活动板10连接的滑块5也随之向后移动，驱动连杆组6绕销轴4转动，最终实现记忆翼面从张开到收起状态的改变。

Claims (5)

1.一种基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构，其特征在于，所述的机翼翼面变形机构包括水平放置的框架底板（1），框架底板（1）的前端固定竖直放置且上下对称的前横架杆（2）；
在前横架杆（2）的后方，从前至后依次固定竖直放置且上下对称的若干组支架（7），支架（7）上固定水平放置且上下对称的直线导轨（3）；
在直线导轨（3）上，从前至后装卡若干组上下对称的滑块（5）；
在前横架杆（2）的上端和上方的滑块（5）上安装若干组并列的平面四连杆形成的连杆组（6），各连杆之间、连杆与前横架杆（2）的上端以及连杆与滑块（5）之间均采用销轴（4）连接，上方的连杆组（6）构成上方翼面的骨架；在前横架杆（2）的下端和下方的滑块（5）上安装对称的若干组并列的平面四连杆形成的连杆组（6），下方连杆组（6）构成下方翼面的骨架；上方翼面的骨架与下方翼面的骨架上下对称；
在框架底板（1）的中段、上下对称的直线导轨（3）的内侧，从前至后依次固定前固定板（11）、活动板（10）和后固定板（9），前固定板（11）上设置有竖直排列的一列绕线柱（12），活动板（10）上设置有对应的竖直排列的两列绕线柱（12），后固定板（9）上设置有对应的竖直排列的一列绕线柱（12）；第一列绕线柱（12）和第二列绕线柱（12）之间按照S型缠绕前形状记忆合金丝（801），第三列绕线柱（12）和第四列绕线柱（12）之间按照S型缠绕后形状记忆合金丝（802）；
第一列绕线柱（12）连接直流电源的正极，第二列绕线柱（12）连接直流电源的负极，第三列绕线柱（12）连接直流电源的正极，第四列绕线柱（12）连接直流电源的负极；
第一列绕线柱（12）和第二列绕线柱（12）接通直流电源时，上方翼面的骨架和下方翼面的骨架同时呈现展开状态；第三列绕线柱（12）和第四列绕线柱（12）接通直流电源时，上方翼面的骨架和下方翼面的骨架同时呈现收起状态。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构，其特征在于，所述的前形状记忆合金丝（801）和后形状记忆合金丝（802）的材质为镍钛合金。
3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构，其特征在于，所述的前形状记忆合金丝（801）和后形状记忆合金丝（802）的初始安装状态为具有残余应变的退孪马氏体相。
4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构，其特征在于，所述的上方翼面的骨架和下方翼面的骨架的初始形状根据需要进行预设，并通过在前形状记忆合金丝（801）和后形状记忆合金丝（802）上施加预应力完成初始形状安装。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金丝驱动的机翼翼面变形机构，其特征在于，所述的前形状记忆合金丝（801）和后形状记忆合金丝（802）均为独立供电，采用单独控制方式。
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