CN209719891U

CN209719891U - 一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼

Info

Publication number: CN209719891U
Application number: CN201920035959.7U
Authority: CN
Inventors: 张征; 何杰; 李阳; 廖崇杰; 吴化平; 李吉泉; 丁浩
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2029-01-09

Abstract

本实用新型公开了一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，包括主翼、折叠结构、柔性蒙皮以及与机身固定的支撑件，所述折叠结构包括多稳态复合材料圆柱壳、第一记忆合金和两个第一立柱，多稳态复合材料圆柱壳的一端与主翼固定，多稳态复合材料圆柱壳的另一端与支撑件固定，两个第一立柱的下端分别固定在多稳态复合材料圆柱壳的相对两侧，第一记忆合金的两端分别与两个第一立柱的上端固定，第一记忆合金的两端分别与加热电路电连接，柔性蒙皮包裹在折叠结构外部，柔性蒙皮两端分别与折叠结构与主翼和支撑件固定。本实用新型提供了一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，具有折叠结构简单，重量小，折叠与展开状态稳定等优点。

Description

一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼。

背景技术

无人机，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务无人机可应用于侦察、航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等领域,需求非常广泛。而为了便于运输，人们发展了可折叠式无人机。机翼折起可以减小飞机外形尺寸，提高甲板或舰舱的容量。此外，高速飞行中机翼通过展开与折叠，可以保持最佳气动性能。可见，折叠机翼飞机无论在停放运输和飞行时都有着很大的优点

近年来提出的可折叠机翼飞机的折叠结构设计复杂和对驱动装置的要求很高，需要轻质紧凑、长行程、输出力大、精度高的驱动器。

中国专利申请公开号CN204750553U，公开日为2015年11月11日，名称为“一种无人机可折叠机翼”，公开了一种无人机可折叠机翼，包括机臂、锁臂和桨叶，所述机臂的一端与无人机主体连接，所述机臂的另一端和锁臂的一端通过螺栓和螺母转动连接，所述桨叶设置在所述锁臂远离所述机臂一端，并可自由转动。本实用新型的一种无人机可折叠机翼，对机翼部分采用折叠的结构，即锁臂与机臂之间用螺母螺栓进行连接，锁臂上的定位球通过处于机臂上卡槽的不同位置在飞行状态与收起状态之间进行切换。但是机翼折叠结构，不利于无人机的轻量化，同时折叠结构不够稳定，容易出现故障。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术中的不足，提供一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，具有折叠结构简单，重量小，折叠与展开状态稳定等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，包括主翼、折叠结构、柔性蒙皮以及与机身固定的支撑件，所述折叠结构包括多稳态复合材料圆柱壳、第一记忆合金和两个第一立柱，多稳态复合材料圆柱壳的一端与主翼固定，多稳态复合材料圆柱壳的另一端与支撑件固定，两个第一立柱的下端分别固定在多稳态复合材料圆柱壳的相对两侧，第一记忆合金的两端分别与两个第一立柱的上端固定，第一记忆合金的两端分别与加热电路电连接，柔性蒙皮包裹在折叠结构外部，柔性蒙皮两端分别与折叠结构与主翼和支撑件固定。

通过上述技术方案，可以实现无人机机翼折叠状态稳定的切换，折叠结构简单，折叠或展开后状态稳定。所述折叠机翼需要展开时，利用加热电路给第一记忆合金供电加热，第一记忆合金受热形状改变伸展，多稳态复合材料圆柱壳被展开，带动主翼被展开。需要折叠时，停止供热，第一记忆合金冷却变形收缩，多稳态复合材料圆柱壳被收缩，带动主翼折叠。通过形状记忆合金的特性驱动多稳态复合材料圆柱壳的状态改变，结构简单，且多稳态复合材料圆柱壳具有展开与收缩的双稳态结构，可以保证机翼的稳态。

作为优选，所述多稳态复合材料圆柱壳包括依次连接的第一区域、第二区域和第三区域，折叠结构还包括第二记忆合金和两个第二立柱，两个第一立柱的下端分别固定在第一区域的相对两侧，两个第二立柱的下端分别固定在第三区域的相对两侧，第二记忆合金的两端分别与两个第二立柱的上端固定，第一记忆合金与第二记忆合金的伸缩方向平行，第二记忆合金的两端分别与加热电路电连接。上述结构通过两个记忆合金实现了折叠机翼的三个状态切换，当两个记忆合金都伸展时，折叠机翼90度折叠；当第一记忆合金形导电受热变收缩时，主翼展开到45度；当第一记忆合金形变和第二记忆合金同时收缩时，主翼展开到0度。上述结构利用多稳态复合材料圆柱壳进行稳态之间的转换实现无人机机翼0度、45度和90度折叠，从而可以减小飞机外形尺寸，提高甲板或舰舱的容量；在高速飞行中，机翼通过展开与折叠，可以保持最佳气动性能。

作为优选，所述多稳态复合材料圆柱壳由四层T700碳纤维环氧复合材料复合结构而成。所述T700碳纤维环氧复合材料具有轻质强度大，稳定好等优点，可以保证多稳态复合材料圆柱壳的稳态结构和轻质的特点。

作为优选，所述第一区域的四层T700碳纤维环氧复合材料的铺设角度依次为+45°、-45°、+45°及-45°；第二区域的四层T700碳纤维环氧复合材料的铺设角度为+90°；第三区域的四层T700碳纤维环氧复合材料的铺设角度依次为+45°、-45°、+45°及-45°。本实用新型的多稳态复合材料圆柱壳拥有三个稳态，可以实现机翼不同角度的折叠，并且在变化完角度后，不需要外力继续维持，结构稳定。通过上述结构设置，可以保证第一区域与第三区域的各自的双稳态结构；三个区域结构结合，可以保证稳态复合材料圆柱壳的多稳态在记忆合金驱动的方向容易变形，到达某一极限值后可以改变状态，同时在其它方向具有稳定性，受力之后不容易变形。

作为优选，所述多稳态复合材料圆柱壳的一端通过固定螺栓与主翼固定，多稳态复合材料圆柱壳的另一端通过固定螺栓与支撑件固定。

作为优选，两个所述第一立柱的连接线与主翼1的展开方向垂直。所述结构可以保证展开方向与记忆合金的驱动力方向垂直保证驱动效率。

作为优选，所述柔性蒙皮包括依次连接的外层蒙皮、网状支撑层和内侧蒙皮，外层蒙皮、内侧蒙皮和网状支撑层共同围成中空内腔。所述结构可以保证柔性蒙皮的隔热效果，避免记忆合金散热过快。同时降低柔性蒙皮的重量。

作为优选，所述柔性蒙皮外表面设有网状凹槽。所述网状凹槽可以使空气吸附在其中，使柔性蒙皮外表面与空气的之间形成空气隔膜，减小空气阻力。

作为优选，所述主翼外表面设有网状凹槽。所述网状凹槽可以使空气吸附在其中，使主翼外表面与空气的之间形成空气隔膜，减小空气阻力。

作为优选，所述记忆合金为双程记忆效应合金。双程记忆效应合金能实现加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状。

本实用新型的有益效果是：（1）实现无人机机翼可折叠，可在存储、发射、飞行、回收阶段通过机翼的折叠、展开改变无人机的空间几何尺寸，改善其存储运输性能、发射回收性能和气动性能；（2）折叠结构简单紧凑，便于无人机的轻量化和小型化；（3）机翼各个状态稳定，不易变形。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中折叠结构的结构示意图；

图3是本实用新型中多稳态复合材料圆柱壳0°展开时的结构示意图；

图4是本实用新型中多稳态复合材料圆柱壳45°展开时的结构示意图；

图5是本实用新型中多稳态复合材料圆柱壳90°折叠时的结构示意图；

图6是本实用新型中第一区域的四层碳纤维材料铺设角度示意图；

图7是本实用新型中第二区域的四层碳纤维材料铺设角度示意图；

图8是本实用新型中第三区域的四层碳纤维材料铺设角度示意图；

图9是本实用新型中柔性蒙皮的剖视图。

图中：主翼1、折叠结构2、多稳态复合材料圆柱壳2.1、第一区域2.1.1、第二区域2.1.2、第三区域2.1.3、两个第一立柱2.2、第一记忆合金2.3、第二立柱2.4、第二记忆合金2.5、柔性蒙皮3、外层蒙皮3.1、网状支撑层32、内侧蒙皮3.3、中空内腔3.4、支撑件4、网状凹槽5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的描述。

实施例1：

如图1至图8所示，一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，包括主翼1、折叠结构2、柔性蒙皮3以及与机身固定的支撑件4，所述折叠结构2包括多稳态复合材料圆柱壳2.1、两个第一立柱2.2、第一记忆合金2.3、第二记忆合金2.5和两个第二立柱2.4，多稳态复合材料圆柱壳2.1包括依次连接的第一区域2.1.1、第二区域2.1.2和第三区域2.1.3，第一区域2.1.1与主翼1固定，第三区域2.1.3支撑件4固定，两个第一立柱2.2的下端分别固定在第一区域2.1.1的相对两侧，两个第二立柱2.4的下端分别固定在第三区域2.1.3的相对两侧，第二记忆合金2.5的两端分别与两个第二立柱2.4的上端固定，第一记忆合金2.3与第二记忆合金2.5的伸缩方向平行，两个第一立柱2.2的连线与主翼1的折叠方向垂直，第一记忆合金2.3的伸缩方向与第一立柱2.2的连线方向一致，第一记忆合金2.3的两端分别与两个第一立柱2.2的上端固定，第一记忆合金2.3的两端分别与加热电路电连接，第二记忆合金2.5的两端分别与加热电路电连接，柔性蒙皮3包裹在折叠结构2外部，柔性蒙皮3两端分别与折叠结构2与主翼1和支撑件4固定。

通过上述技术方案，可以实现无人机机翼折叠状态稳定的切换，折叠结构2简单，折叠或展开后状态稳定。所述折叠机翼需要展开时，利用加热电路给第一记忆合金2.3供电加热，第一记忆合金2.3受热形状改变伸展，多稳态复合材料圆柱壳2.1被展开，带动主翼1被展开。需要折叠时，停止供热，第一记忆合金2.3冷却变形收缩，多稳态复合材料圆柱壳2.1被收缩，带动主翼1折叠。通过形状记忆合金的特性驱动多稳态复合材料圆柱壳2.1的状态改变，结构简单，且多稳态复合材料圆柱壳2.1具有展开与收缩的双稳态结构，可以保证机翼的稳态。通过两个记忆合金实现了折叠机翼的三个状态切换，当两个记忆合金都伸展时，折叠机翼90度折叠；当第一记忆合金2.3形导电受热变收缩时，主翼1展开到45度；当第一记忆合金2.3形变和第二记忆合金2.5同时收缩时，主翼1展开到0度。上述结构利用多稳态复合材料圆柱壳2.1进行稳态之间的转换实现无人机机翼0度、45度和90度折叠，从而可以减小飞机外形尺寸，提高甲板或舰舱的容量；在高速飞行中，机翼通过展开与折叠，可以保持最佳气动性能。

所述多稳态复合材料圆柱壳2.1由四层T700碳纤维环氧复合材料复合结构而成。所述第一区域2.1.1的四层T700碳纤维环氧复合材料的铺设角度依次为+45°、-45°、+45°及-45°；第二区域2.1.2的四层T700碳纤维环氧复合材料的铺设角度为+90°；第三区域2.1.3的四层T700碳纤维环氧复合材料的铺设角度依次为+45°、-45°、+45°及-45°。本实用新型的多稳态复合材料圆柱壳2.1拥有三个稳态，可以实现机翼不同角度的折叠，并且在变化完角度后，不需要外力继续维持，结构稳定。通过上述结构设置，可以保证第一区域2.1.1与第三区域2.1.3的各自的双稳态结构；三个区域结构结合，可以保证稳态复合材料圆柱壳的多稳态在记忆合金驱动的方向容易变形，到达某一极限值后可以改变状态，同时在其它方向具有稳定性，受力之后不容易变形。所述T700碳纤维环氧复合材料具有轻质强度大，稳定好等优点，可以保证多稳态复合材料圆柱壳2.1的稳态结构和轻质的特点。

实施例2：

如图9所示，在实施例1的基础上，所述多稳态复合材料圆柱壳2.1的一端通过固定螺栓与主翼1固定，多稳态复合材料圆柱壳2.1的另一端通过固定螺栓与支撑件4固定。

所述柔性蒙皮3包括依次连接的外层蒙皮3.1、网状支撑层3.2和内侧蒙皮3.3，外层蒙皮3.1、内侧蒙皮3.3和网状支撑层3.2共同围成中空内腔3.4。所述结构可以保证柔性蒙皮3的隔热效果，避免记忆合金散热过快。同时降低柔性蒙皮3的重量。

所述柔性蒙皮3外表面设有网状凹槽5，所述主翼1外表面设有网状凹槽5。所述网状凹槽5可以使空气吸附在其中，使柔性蒙皮3外表面和主翼1外表面与空气的之间形成空气隔膜，减小空气阻力。

所述网状凹槽5可以使空气吸附在其中，使主翼1外表面与空气的之间形成空气隔膜，减小空气阻力。

所述记忆合金为双程记忆效应合金。双程记忆效应合金能实现加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状。

本实用新型的有益效果是：实现无人机机翼可折叠，可在存储、发射、飞行、回收阶段通过机翼的折叠、展开改变无人机的空间几何尺寸，改善其存储运输性能、发射回收性能和气动性能；折叠结构2简单紧凑，便于无人机的轻量化和小型化；机翼各个状态稳定，不易变形。

Claims

1.一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，包括主翼、折叠结构、柔性蒙皮以及与机身固定的支撑件，所述折叠结构包括多稳态复合材料圆柱壳、第一记忆合金和两个第一立柱，多稳态复合材料圆柱壳的一端与主翼固定，多稳态复合材料圆柱壳的另一端与支撑件固定，两个第一立柱的下端分别固定在多稳态复合材料圆柱壳的相对两侧，第一记忆合金的两端分别与两个第一立柱的上端固定，第一记忆合金的两端分别与加热电路电连接，柔性蒙皮包裹在折叠结构外部，柔性蒙皮两端分别与折叠结构与主翼和支撑件固定。

2.根据权利要求1所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，所述多稳态复合材料圆柱壳包括依次连接的第一区域、第二区域和第三区域，折叠结构还包括第二记忆合金和两个第二立柱，两个第一立柱的下端分别固定在第一区域的相对两侧，两个第二立柱的下端分别固定在第三区域的相对两侧，第二记忆合金的两端分别与两个第二立柱的上端固定，第一记忆合金与第二记忆合金的伸缩方向平行，第二记忆合金的两端分别与加热电路电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，所述多稳态复合材料圆柱壳由四层碳纤维环氧复合材料复合结构而成。

4.根据权利要求3所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，所述第一区域的四层碳纤维环氧复合材料的铺设角度依次为+45°、-45°、+45°及-45°；第二区域的四层碳纤维环氧复合材料的铺设角度为+90°；第三区域的四层碳纤维环氧复合材料的铺设角度依次为+45°、-45°、+45°及-45°。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，所述多稳态复合材料圆柱壳的一端通过固定螺栓与主翼固定，多稳态复合材料圆柱壳的另一端通过固定螺栓与支撑件固定。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，两个所述第一立柱的连接线与主翼的展开方向垂直。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，所述柔性蒙皮包括依次连接的外层蒙皮、网状支撑层和内侧蒙皮，外层蒙皮、内侧蒙皮和网状支撑层共同围成中空内腔。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于多稳态特性的可折叠无人机机翼，其特征是，所述记忆合金为双程记忆效应合金。