CN104443354A - 一种具有自适应变弯度后缘的机翼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自适应变弯度后缘的机翼，包括主翼、后梁和变弯度后缘段，所述变弯度后缘段通过后梁与主翼相连接，所述的变弯度后缘段包括上表面蒙皮和下表面蒙皮，上表面蒙皮的第一端和下表面蒙皮的第一端分别与后梁相连接，上表面蒙皮的另一端和下表面蒙皮的另一端通过刚性尾缘相连接，上表面蒙皮和下表面蒙皮靠近刚性尾缘的部分通过一个滑动机构相连接，所述的滑动机构通过形状记忆驱动件与后梁连接。本发明技术方案的具有自适应变弯度后缘的机翼同现有的类似机翼相比，具有结构简单、质量轻、研制成本低、飞行性能高等优点，可以大幅提高飞行器的气动性能，提高了飞行器的气动效率，可以降低油耗，减少全寿命期的使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种机翼结构，尤其涉及一种具有自适应性能的机翼结构。
背景技术
提高飞机气动性能，实现高效、灵活、安全的飞行一直都是飞机设计人员研究的重点，伴随着飞行器飞行速度的提高和飞行任务的多样化，控制面从早期的可变形操纵面被普遍使用的前、后缘襟翼等舵面取代。时至今日，利用舵面操纵也面临着难以适应某些飞行状态的困扰。由于机翼本身仍旧是近似刚性的，难以根据飞行器飞行条件实时调节机翼的气动性能，并且前、后缘控制面采用了较为复杂的铰链***，不仅增加了飞机重量还容易引起振动、噪声以及结构疲劳破坏，使飞行器的操纵性和机动性受到极大限制，而自然界中的鸟类却可以随时根据飞行需要调整自身的飞行状态，藉此保持较高的效率。自适应机翼就是人类受鸟类飞行的启发，以智能材料与结构，高效作动器、传感器等技术为基础，综合运用空气动力学、现代信息技术、飞行器多学科优化设计、现代控制理论等学科和技术，通过实现“按需变形”的要求来提高飞行器性能以适应飞行器飞行条件和飞行任务的改变，从而始终保持飞行所需的最佳气动外形。
现有自适应机翼变弯度后缘结构尚无进入实际应用的结构形式，主要缺点是机翼结构与蒙皮的兼容性太差，难以集成；变形模式多采用机械形式，机构复杂、重量大；具有连续、光滑变形同时能够承载的柔性蒙皮在结构稳定性、疲劳特性以及兼容性上有较大缺陷，难以实际应用。此外，还要用有一套稳定、可靠的驱动装置，才能实现飞机飞行过程中，机翼根据飞行状态改变自身弯度。这些要求同时实现，大大提高了结构重量，增加了机构复杂程度，提高了研制成本和技术难度。
发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种可以实现自适应机翼变弯度后缘结构设计，它可以解决现有自适应机翼存在的结构/蒙皮不兼容、变形机构复杂、重量大、研制成本高、柔性蒙皮可靠性差的问题。
技术方案
为了解决上述的技术问题，本发明的具有自适应变弯度后缘的机翼包括主翼、后梁和变弯度后缘段，所述变弯度后缘段通过后梁与主翼相连接，所述的变弯度后缘段包括上表面蒙皮和下表面蒙皮，上表面蒙皮的第一端和下表面蒙皮的第一端分别与后梁相连接，上表面蒙皮的另一端和下表面蒙皮的另一端通过刚性尾缘相连接，上表面蒙皮和下表面蒙皮靠近刚性尾缘的部分通过一个滑动机构相连接，所述的滑动机构通过形状记忆驱动件与后梁连接。
更进一步地，所述的滑动机构由滑动连接的滑块和导轨组成，其中滑块固定在上表面蒙皮靠近刚性尾缘的内侧，导轨固定在下表面蒙皮靠近刚性尾缘的内侧。所述的滑块和导轨通过内部的轴承相连接，形成直线运动副。
更进一步地，所述的下表面蒙皮与刚性尾缘之间设有蜂窝芯蒙皮。当上下表面蒙皮通过滑块/滑轨产生相对滑动或剪切滑动，蜂窝芯蒙皮部分被压缩，从而实现机翼后缘连续、光滑的向下偏转。
更进一步地，所述的蜂窝芯蒙皮为0泊松比蜂窝芯蒙皮，由纤维增强弹性体层与POM蜂窝芯复合构成。
更进一步地，所述的形状记忆驱动件由第一、第二形状记忆合金丝组成，所述的第一形状记忆合金丝第一端与后梁连接，第二端与滑块连接；所述的第二形状记忆合金丝第一端与后梁连接，第二端与导轨连接。
更进一步地，上表面蒙皮和下表面蒙皮材料为玻璃/环氧复合材料。
本发明的技术方案中，利用形状记忆合金丝作为蒙皮变形的驱动器，驱动蒙皮直接变形，其中，上、下表面蒙皮通过滑块/导轨机构实现相对滑动，最终实现机翼后缘的变弯度。第形状机翼合金丝带动上表面蒙皮向下偏转时，第二形状记忆合金丝不工作。同时，通过滑块、滑轨机构，下表面蒙皮也随着向下偏转。上下表面蒙皮通过滑块/滑轨产生相对滑动或剪切滑动，则蜂窝蒙皮部分被压缩，从而实现机翼后缘连续、光滑的向下偏转。反之，可以实现后缘的向上偏转。
有益效果
本发明技术方案的具有自适应变弯度后缘的机翼同现有的类似机翼相比，具有结构简单、质量轻、研制成本低、飞行性能高等优点，可以大幅提高飞行器的气动性能，提高了飞行器的气动效率，可以降低油耗，减少全寿命期的使用成本。在自适应变弯度后缘结构设计中，最重要的因素之一是一种屈服强度与弹性模量之比极高的玻璃/环氧复合物，玻璃/环氧复合物在航空航天中应用广泛，设计技术成熟，通过专门设计可以得到自适应机翼变弯度后缘所需的结构形式。同时，本发明借助现有的玻璃/环氧复合物设计手段，可以大幅降低研发成本，提高技术可行性。根据柔顺机构学提出的柔性材料选择标准，本发明采用的玻璃/环氧复合物，其屈服强度与弹性模量之比高达29，远高于一般金属或复合材料（普通钢材为7-8），具有可靠性高、低密度和低成本等有点。从长远来看，采用自适应机翼变弯度后缘结构，能够在大的飞行包线内保证气动特性的最优化，提高燃油效率、改善飞行品质、提升安全性能、提高升阻比、减小转弯半径、改善操纵性，还可以免去传统舵面复杂的机械结构，降低气动噪声等。
附图说明
图1是本发明一个实施例的具有自适应变弯度后缘自的机翼整体视图；
图2是图1所示实施例中变弯度后缘局部视图；
图3是图2的正视图；
图4是图1所示的实施例中后缘向下偏转10°时的正视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1、图2所示，本实施例的具有自适应变弯度后缘的机翼，包括主翼1、后梁2和变弯度后缘段3，所述变弯度后缘段3通过后梁2与主翼1相连接，所述的变弯度后缘段3包括上表面蒙皮5和下表面蒙皮6，上表面蒙皮5的第一端和下表面蒙皮6的第一端分别与后梁2相连接，上表面蒙皮5的另一端和下表面蒙皮6的另一端通过刚性尾缘4相连接，上表面蒙皮5和下表面蒙皮6靠近刚性尾缘4的部分通过一个滑动机构相连接，所述的滑动机构通过形状记忆驱动件与后梁2连接。
如图2、图3所示，所述的滑动机构由滑动连接的滑块7和导轨8组成，其中滑块7固定在上表面蒙皮5靠近刚性尾缘4的内侧，导轨8固定在下表面蒙皮6靠近刚性尾缘4的内侧。下表面蒙皮6与刚性尾缘4之间设有蜂窝芯蒙皮9。形状记忆驱动件由第一形状记忆合金丝10和第二形状记忆合金丝11组成，所述的第一形状记忆合金丝10第一端与后梁2连接，第二端与滑块7连接；所述的第二形状记忆合金丝11第一端与后梁2连接，第二端与导轨8连接。
如图3、图4所示，利用形状记忆合金丝10、11作为蒙皮变形的驱动器，驱动由玻璃/环氧复合物制造的蒙皮直接变形，上表面蒙皮5和下表面蒙皮6通过滑块/导轨机构实现相对滑动，最终实现机翼后缘的变弯度。如图4所示，第一形状机翼合金丝10带动上表面蒙皮5向下偏转，第二形状记忆合金丝11不工作。同时，通过滑块7、滑轨8机构，下表面蒙皮6也随着向下偏转，蜂窝芯蒙皮9部分被压缩，从而实现机翼后缘段连续、光滑的向下偏转。反之，可实现机翼后缘段连续、光滑的向上偏转。
Claims (6)
1.一种具有自适应变弯度后缘的机翼，包括主翼（1）、后梁（2）和变弯度后缘段（3），所述变弯度后缘段（3）通过后梁（2）与主翼（1）相连接，其特征在于，所述的变弯度后缘段（3）包括上表面蒙皮（5）和下表面蒙皮（6），上表面蒙皮（5）的第一端和下表面蒙皮（6）的第一端分别与后梁（2）相连接，上表面蒙皮（5）的另一端和下表面蒙皮（6）的另一端通过刚性尾缘（4）相连接，上表面蒙皮（5）和下表面蒙皮（6）靠近刚性尾缘（4）的部分通过一个滑动机构相连接，所述的滑动机构通过形状记忆驱动件与后梁（2）连接。
2.如权利要求1所述的具有自适应变弯度后缘的机翼，其特征在于，所述的滑动机构由滑动连接的滑块（7）和导轨（8）组成，其中滑块（7）固定在上表面蒙皮（5）靠近刚性尾缘（4）的内侧，导轨（8）固定在下表面蒙皮（6）靠近刚性尾缘（4）的内侧。
3.如权利要求1或2所述的具有自适应变弯度后缘的机翼，其特征在于，下表面蒙皮（6）与刚性尾缘（4）之间设有蜂窝芯蒙皮（9）。
4.如权利要求3所述的具有自适应变弯度后缘的机翼，其特征在于，所述的蜂窝芯蒙皮（9）为0泊松比蜂窝芯蒙皮，由纤维增强弹性体层与POM蜂窝芯复合构成。
5.如权利要求1所述的具有自适应变弯度后缘的机翼，其特征在于，所述的形状记忆驱动件由第一、第二形状记忆合金丝（10、11）组成，所述的第一形状记忆合金丝（10）第一端与后梁（2）连接，第二端与滑块（7）连接；所述的第二形状记忆合金丝（11）第一端与后梁（2）连接，第二端与导轨（8）连接。
6.如权利要求1所述的具有自适应变弯度后缘的机翼，其特征在于，上表面蒙皮（5）和下表面蒙皮（6）材料为玻璃/环氧复合材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |