CN114111461A - 一种三维负刚度弹性框架 - Google Patents
一种三维负刚度弹性框架 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114111461A CN114111461A CN202111472286.XA CN202111472286A CN114111461A CN 114111461 A CN114111461 A CN 114111461A CN 202111472286 A CN202111472286 A CN 202111472286A CN 114111461 A CN114111461 A CN 114111461A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cylinder
- hollow
- cylinder wall
- shape
- deflection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 241000272525 Anas platyrhynchos Species 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000272517 Anseriformes Species 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- -1 etc. Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 241000967522 Eruca pinnatifida Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
- F42B10/60—Steering arrangements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种三维负刚度弹性框架，属于飞行器变形技术领域，解决了目前偏转头控制的弹箭存在消耗能量大的问题，它包含设置有若干镂空的筒壁，所述镂空按照品字形排布，所述品字形的左右方向沿筒壁的周向设置；所述筒可以是圆筒、椭圆筒、方筒、多边形筒等或者直筒、弯筒、变径筒等任意形状的筒，根据飞行器头部需要设置即可；由于筒壁上设置了品字形排布的镂空，并且是上述沿筒壁的周向设置的，所以能够实现筒壁具有弹簧一样的沿轴向弹性变形功能，从而可以实现整体偏转；以上为现有技术；品字形排布的每个镂空周围留存的筒壁包含顶梁、底梁和两侧的立梁品字形排布的每个镂空周围留存的顶梁和/或底梁为外凸或者内凹的曲梁；本发明用于飞行器变形。
Description
技术领域
本发明属于飞行器变形技术领域，具体涉及一种三维负刚度弹性框架。
背景技术
普通弹箭等飞行器的飞行控制主要通过尾翼和鸭舵来实现，位于弹箭头部位置的鸭舵可通过舵片转动来改变气动力控制飞行姿态，但鸭舵易受弹箭头部激波的影响从而降低控制效率，且鸭舵的存在会增大弹体阻力、干扰尾翼，从而对其飞行控制产生不良影响。
偏转头控制方式作为一种独特的弹箭控制方式，可以通过改变头部与弹体轴线之间的夹角，通过弹头迎风面和背风面的压力差来产生控制力矩，从而达到控制弹箭机动飞行的目的。1946年发明了头部和尾翼均可转动的弹箭，改进了弹箭头部与弹体的机械连接性能，使得弹箭能够在高速飞行过程中通过改变头部和尾部角度来调节弹道；通过马赫数为3.0和6.0的风洞试验，对比偏转头和传统鸭翼控制方式对弹箭气动性能的影响以及两者的俯仰控制效率，得出了偏转头控制效率高、阻力小、机动性能强等优点；通过Fluent软件模拟仿真了偏转头弹箭在不同头部偏角、不同马赫数和攻角情况下，飞行器所受的气动力，得出头部偏角的存在会使得飞行器获得较大的升阻比和偏航力矩；采用Schiehlen方法建立了偏转头弹箭的动力学模型，仿真验证了偏转头弹箭具有控制效率高、机动过载大和响应速度快等优点。
但是目前偏转头控制的弹箭存在偏转角度越大，需要的驱动力越大、消耗能量越大的问题。例如名称为一种偏转弹头变形蒙皮结构，公开号为CN113267092A的发明专利公开了一种通过可变形骨架来实现弹头变形技术，该技术在结构变形过程中呈现正刚度效应，偏转过程中弯矩随着角度的增大而不断增大，消耗大量能量，为了解决上述问题而研发本方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前偏转头控制的弹箭存在偏转角度越大，需要的驱动力越大、消耗能量越大的问题，提供了一种三维负刚度弹性框架，其技术方案如下：
一种三维负刚度弹性框架，它包含设置有若干镂空的筒壁，所述镂空按照品字形排布，所述品字形的左右方向沿筒壁的周向设置；所述筒可以是圆筒、椭圆筒、方筒、多边形筒等或者直筒、弯筒、变径筒等任意形状的筒，根据飞行器头部需要设置即可；由于筒壁上设置了品字形排布的镂空，并且是上述沿筒壁的周向设置的，所以能够实现筒壁具有弹簧一样的沿轴向弹性变形功能，从而可以实现整体偏转；以上为现有技术；品字形排布的每个镂空周围留存的筒壁包含顶梁、底梁和两侧的立梁，即围成口字形的四条梁；品字形排布的每个镂空周围留存的顶梁和/或底梁为外凸或者内凹的曲梁；外凸的曲梁受到压力向内变形过程分为两个阶段，前一阶段为该曲梁由外凸到平齐阶段，需要借助外力，后一阶段为由平齐到内凹阶段，这个阶段会在应力作用下自动完成，不需要借助外力，从而产生负刚度，节约能量；内凹的曲梁原理相同，方向与外凸曲梁相反，还具有伸缩比较大的优点；在筒壁偏转过程中，只要有一个镂空到达后一阶段，就能达到节能的效果。
本发明的有益效果为：本发明相对于现有正刚度支撑结构，在偏转角度较大情况下，具有驱动力需求小、消耗能量少的优点。本发明具有一定的抗弯刚度，能够承受偏转头弹箭飞行过程中的气动荷载，从而维持偏转头弹箭的气动外形。本发明通过外凸曲梁和内凹曲梁两种基本构型的搭配来设计不同支撑结构，应用灵活多样。
附图说明：
图1是筒壁的品字形排布的每个镂空周围留存的顶梁或底梁为外凸的曲梁示意图；
图2是筒壁的品字形排布的每个镂空周围留存的顶梁或底梁为内凹的曲梁示意图；
图3是筒壁既包含外凸的曲梁镂空段又包含内凹的曲梁镂空段，并且是按照ABBA方式搭配的示意图；
图4是外凸的曲梁受到压力向内变形过程的前一阶段示意图；
图5是外凸的曲梁受到压力向内变形过程的后一阶段,会在应力作用下自动完成的示意图；
图6是在三维负刚度弹性框架内设置偏转驱动机构的示意图；
图7是三维负刚度弹性框架发生偏转的示意图。
具体实施方式：
参照图1至图7，一种三维负刚度弹性框架，它包含设置有若干镂空1的筒壁2，所述镂空1按照品字形排布，所述品字形的左右方向沿筒壁2的周向设置；所述筒可以是圆筒、椭圆筒、方筒、多边形筒等或者直筒、弯筒、变径筒等任意形状的筒，根据飞行器头部需要设置即可；由于筒壁2上设置了品字形排布的镂空1，并且是上述沿筒壁2的周向设置的，所以能够实现筒壁2具有弹簧一样的沿轴向弹性变形功能，从而可以实现整体偏转；以上为现有技术；品字形排布的每个镂空1周围留存的筒壁2包含顶梁2-1、底梁2-2和两侧的立梁2-3，即围成口字形的四条梁；品字形排布的每个镂空1周围留存的顶梁2-1和/或底梁2-2为外凸或者内凹的曲梁；外凸的曲梁受到压力向内变形过程分为两个阶段，前一阶段为该曲梁由外凸到平齐阶段，需要借助外力，后一阶段为由平齐到内凹阶段，这个阶段会在应力作用下自动完成，不需要借助外力，从而产生负刚度，节约能量；内凹的曲梁原理相同，方向与外凸曲梁相反，还具有伸缩比较大的优点；在筒壁2偏转过程中，只要有一个镂空1到达后一阶段，就能达到节能的效果。
筒壁2的品字形排布的每个镂空1周围留存的顶梁2-1和底梁2-2均为外凸曲梁的情况下，单独压缩筒壁2时，筒壁2的直径会变化较大，但实际使用时筒壁2会受到蒙皮的束缚，也能实现较好的负刚度效果；顶梁2-1和底梁2-2均为内凹曲梁的原理相同。
在三维负刚度弹性框架内设置偏转驱动机构3，如压电陶瓷驱动机构、磁致伸缩驱动机构、液压泵驱动结构、伺服电机驱动机构等，用来控制该框架的偏转，从而能够实现对弹头的偏转控制。
实施例一，筒壁2的品字形排布的每个镂空1周围留存的顶梁2-1和/或底梁2-2为外凸的曲梁，弹头需要向上偏转时，位于上侧的偏转驱动机构3收缩使筒壁2的上侧压缩即可。
实施例二，筒壁2的品字形排布的每个镂空1周围留存的顶梁2-1和/或底梁2-2为内凹的曲梁，弹头需要向上偏转时，位于下侧的偏转驱动机构3伸长使筒壁2的下侧伸长即可。
实施例三，筒壁2既包含外凸的曲梁镂空1段又包含内凹的曲梁镂空1段，偏转驱动控制更加灵活。外凸的曲梁镂空1段和内凹的曲梁镂空1段可以根据需要灵活搭配，设定外凸的曲梁镂空1段为A，内凹的曲梁镂空1段为B，可以ABAB、ABBA、BAAB等方式任意搭配。
优先的是，连续的曲梁为余弦波形，变形和恢复比较顺畅。
筒壁2的材料可以是金属，如铝合金、钢等，也可是纤维，如碳纤维、石墨烯纤维、碳纳米管纤等增强复合材料。
Claims (5)
1.一种三维负刚度弹性框架，它包含设置有若干镂空(1)的筒壁(2)，所述镂空(1)按照品字形排布，所述品字形的左右方向沿筒壁(2)的周向设置；其特征在于品字形排布的每个镂空(1)周围留存的筒壁(2)包含顶梁(2-1)、底梁(2-2)和两侧的立梁(2-3)，品字形排布的每个镂空(1)周围留存的顶梁(2-1)和/或底梁(2-2)为外凸或者内凹的曲梁。
2.如权利要求1所述一种三维负刚度弹性框架，其特征在于筒壁(2)的品字形排布的每个镂空(1)周围留存的顶梁(2-1)和/或底梁(2-2)为外凸的曲梁。
3.如权利要求1所述一种三维负刚度弹性框架，其特征在于筒壁(2)的品字形排布的每个镂空(1)周围留存的顶梁(2-1)和/或底梁(2-2)为内凹的曲梁。
4.如权利要求1所述一种三维负刚度弹性框架，其特征在于筒壁(2)既包含外凸的曲梁镂空(1)段又包含内凹的曲梁镂空(1)段。
5.如权利要求1、2、3或4所述一种三维负刚度弹性框架，其特征在于连续的曲梁为余弦波形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111472286.XA CN114111461A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种三维负刚度弹性框架 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111472286.XA CN114111461A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种三维负刚度弹性框架 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114111461A true CN114111461A (zh) | 2022-03-01 |
Family
ID=80366991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111472286.XA Pending CN114111461A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种三维负刚度弹性框架 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114111461A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116211254A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-06 | 华中科技大学同济医学院附属同济医院 | 一种用于获取目标对象硬度参数的装置及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102700704A (zh) * | 2012-05-30 | 2012-10-03 | 南京航空航天大学 | 一种飞行器变形蒙皮 |
| CN103105103A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-05-15 | 哈尔滨工业大学 | 基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药 |
| US20160032997A1 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Negative stiffness honeycomb material |
| WO2018189719A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | Lead Tech S.R.L. | Multistable, compressible, composite metamaterial with articulated elements and which can be made with 3d printing processes |
| CN110371324A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种由多稳态曲梁智能驱动展开的太阳帆 |
| CN110375050A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于多稳态曲梁的新型空间智能伸缩输运结构 |
| CN111678386A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-09-18 | 南京航空航天大学 | 一种飞行器头部偏转控制装置 |
| CN113267092A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种偏转弹头变形蒙皮结构 |
| CN113586660A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-02 | 重庆大学 | 一种模块化准零刚度隔振结构 |
-
2021
- 2021-12-03 CN CN202111472286.XA patent/CN114111461A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102700704A (zh) * | 2012-05-30 | 2012-10-03 | 南京航空航天大学 | 一种飞行器变形蒙皮 |
| CN103105103A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-05-15 | 哈尔滨工业大学 | 基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药 |
| US20160032997A1 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Negative stiffness honeycomb material |
| WO2018189719A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | Lead Tech S.R.L. | Multistable, compressible, composite metamaterial with articulated elements and which can be made with 3d printing processes |
| CN110371324A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种由多稳态曲梁智能驱动展开的太阳帆 |
| CN110375050A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于多稳态曲梁的新型空间智能伸缩输运结构 |
| CN111678386A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-09-18 | 南京航空航天大学 | 一种飞行器头部偏转控制装置 |
| CN113267092A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种偏转弹头变形蒙皮结构 |
| CN113586660A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-02 | 重庆大学 | 一种模块化准零刚度隔振结构 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116211254A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-06 | 华中科技大学同济医学院附属同济医院 | 一种用于获取目标对象硬度参数的装置及方法 |
| CN116211254B (zh) * | 2023-03-09 | 2023-09-05 | 华中科技大学同济医学院附属同济医院 | 一种用于获取目标对象硬度参数的装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6199920B2 (ja) | 翼、翼を構成する方法及び翼の形状を変化させる方法 | |
| US5887828A (en) | Seamless mission adaptive control surface | |
| EP2864195B1 (en) | Morphing wing for an aircraft | |
| US10654557B2 (en) | Morphing skin for an aircraft | |
| US5288039A (en) | Spanwise graded twist panel | |
| CN110053760B (zh) | 一种柔性变形机翼 | |
| CN112550664B (zh) | 一种基于形状记忆合金驱动的可变弯度机翼结构 | |
| CN112141331B (zh) | 一种可实现大变形及高控制力矩产生的微型扑翼 | |
| CN114111461A (zh) | 一种三维负刚度弹性框架 | |
| CN104627355A (zh) | 一种基于航空器头部的偏转控制装置 | |
| CN110450939B (zh) | 一种变截面空气舵 | |
| CN106005404B (zh) | 一种扑翼机机翼 | |
| CN113267092B (zh) | 一种偏转弹头变形蒙皮结构 | |
| CN113173243B (zh) | 一种压电鱼骨机翼结构 | |
| CN114655422A (zh) | 一种内嵌可扭转骨架的柔性机翼结构和航空飞行器 | |
| CN110510090B (zh) | 基于弧面自由端及轴向旋转交叉簧片的仿生鳍推进机构 | |
| CN113415409A (zh) | 一种可变弯度的无舵面飞行器机翼 | |
| CN112923805A (zh) | 一种小型高机动导弹气动布局 | |
| CN110966897A (zh) | 一种火箭弹的尾翼及其设计方法 | |
| CN113120220B (zh) | 一种刚柔耦合变弯度机翼前缘的三维单轴驱动*** | |
| CN108791798A (zh) | 基于6-sps空间并联机构的飞行器变体头锥 | |
| CN116552781B (zh) | 倾转旋翼螺旋桨桨叶自适应智能扭转变形机构 | |
| Huang et al. | Design and Analysis of a Novel Flexible Rudder with Zero Poisson's Ratio Honeycomb | |
| Ma et al. | Research status and expectation of intelligent deformable wing aircraft | |
| CN114633875B (zh) | 一种能连续变弯度的柔性舵面 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220301 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |