CN116461691A - 一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于滑杆‑柔性桁架‑蒙皮的翼面连续变形机构，包括一个刚性翼盒(末端弦长40％)、柔性上蒙皮以及4个独立的柔性桁架、滑杆以及一个刚性的后缘。桁架与上蒙皮连接在一起，整个驱动***作为机翼的下蒙皮。滑杆在机翼前缘来回进行滑动，变形机构将拉伸或者弯曲，机翼的曲面发生变化。机翼上表面蒙皮可承受大变形的材料所制备而成的蒙皮。变形的方式电机给滑杆一个驱动力，驱动力向着前缘方向施加时，后缘乡下偏转；驱动力向后缘方向施加时，后缘向上偏转，以此完成变形。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构。
背景技术
机翼是飞机的重要组成部分，常规机翼通过采用较为复杂的铰链***舵面操纵，使得飞机的质量较大，操作时易引起震动和噪音，以及机翼结构的疲劳破坏及升阻比较小，甚至限制了飞机的操纵性和机动性能。
基于智能材料与结构设计的连续无缝变形机翼具有提高翼面操作效率、主动抑制颤振和隐身性能方面等诸多优点。各国对柔性变形机翼作了大量研究和尝试。目前柔性变形机翼主要有：机翼面内变形、面外变形和变翼型三类。其中面内变形主要是变后掠翼、变展长、变弦长，面外变形主要是机翼折叠、展向弯曲、机翼扭转等，翼型调整主要有变弯度机翼和变厚度机翼。
后缘光滑连续变弯度机翼可以显著地改善飞行器的气动特性，对飞机的低速巡航，起飞着陆有等都有重要意义；可以巡航减阻，从而节省燃料，增加航程；还可以取代传统控制面，用于飞行控制来改善性能,通过连续改变后缘弯度，提高整个巡航阶段的升阻特性，因此需要开展新型柔性变形机翼研究，探索新型变形方式，为未来无人机新型柔性变形机翼设计提供技术支撑。
发明内容
为了能够实现机翼弯度连续变形，本发明提供了一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，该变形机构结构简单，可靠性较高，可控制性好，维护简单。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明提供了一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，具体如包括刚性机翼前缘翼盒(末端弦长40％)、柔性上蒙皮、4个独立的柔性桁架，滑杆以及一个刚性的后缘。桁架与上蒙皮连接在一起，整个驱动***作为机翼的下蒙皮。滑杆穿过柔性桁架的固定板。为了防止相连桁架之间的干涉，如图2所示，桁架底部的顶角设计为60度。而固定板数量是与桁架相同的，沿着滑杆是等距离排列的。其中桁架为0.5毫米厚，材料可以选用碳纤维增强塑料；滑杆为直径是1mm的圆柱杆，材料可以选用碳纤维增强塑料杆；上蒙皮厚度为0.25mm，材料选用碳纤维增强塑料板；固定板设置为5mm3mm，材料选用碳纤维增强塑料板。
如图3所示，在前缘的平直面上设计了一系列小孔，滑杆可以顺利通过，从而可以实现变形，其中前缘的长度为弦长的40％，宽度为50mm。
图4和图5为上蒙皮的模型图，其中图4为上蒙皮的等轴测视图，图5为上蒙皮的尺寸参数图，上蒙皮的厚度尺寸参数为0.25mm。
图6、图7、图8为柔性桁架的模型图，其中图6为柔性桁架的侧视图，侧视图中看出其大致的排列方式，图7为柔性桁架的横向排列图，在中间有柔性桁架是分左右对称排列的，可以防止相邻的柔性桁架互相干涉。图8为柔性桁架的尺寸参数图。
图9为固定板的侧视图以及它的尺寸参数。图10为固定板的主视图以及尺寸图，固定板设计的是长方体结构，是与柔性桁架的数目相同，都为4个，在固定板的横向上设置有小孔。
图11为滑杆的侧视图和它的尺寸参数，滑杆是横截面为圆的杆状物体，横截面为直径是1mm的圆，长度为185mm，一部分位于前缘内。
图12为一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构细节图。
图13为本发明实施例一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构侧视图。选择NACA4418作为基准，设计的变形机翼弦长为280mm，机翼展长为50mm。整个变形机构是碳纤维复合材料的变形机构。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明桁架与上蒙皮连接，驱动***作为机翼的下蒙皮，利用电机驱动穿过柔性桁架固定板的碳纤维杆实现后缘连续弯曲变形改善飞行器的气动特性。
2、采用碳纤维材质量轻，能降低飞机质量来节约燃料、增加航程，对飞机的巡航、起飞着陆有等都有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例中滑杆柔性桁架机构设计概念图
图2为结构设计方案图
图3为前缘细节图
图4为上蒙皮等轴测视图
图5为上蒙皮设计尺寸参数图
图6为柔性桁架侧视图
图7为柔性桁架横向排列图
图8为柔性桁架尺寸参数图
图9为固定板侧视图
图10为固定板横向视图
图11为滑杆侧视图
图12为一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构细节图
图13为一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构侧视图
图14为后缘向下偏转原理示意图
图15为后缘向上偏转原理示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图12，本发明实施例提供了一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，包括机翼前缘(本文后续中的翼盒)，机翼上表面弹性蒙皮，柔性桁架，机翼后缘，滑杆，固定板。其中滑杆是可以穿过固定板的，柔性桁架一端与机翼上表面蒙皮相连接，一端与固定板固定连接在一起；机翼上表面蒙皮需要是可承受大变形的材料所制备而成的蒙皮，在机翼的后缘弯曲变形当中，上表面所经历的变形最大。滑杆是可以在机翼前缘来进行滑动的，通过滑杆的滑动可以带动后缘实现上下的偏转变形。其中变形的方式电机给滑杆一个驱动力，当驱动力向着前缘方向施加时，后缘乡下偏转；当驱动力向后缘方向施加时，后缘向上偏转，以此完成变形。具体的变形原理图如图14和图15所示。
当滑杆沿着固定板进行滑动时，变形机构将拉伸或者弯曲，同时机翼的曲面也将发生变化。在变形过程中，柔性复合材料上蒙皮和下蒙皮上的滑杆将保持光滑的曲率以保证气动效率。在变形过程中，柔性桁架单元经历小的弹性变形，可以通过它的柔度进行调节。同时，碳纤维增强塑料桁架结构具有比较高的比刚度和比强度，可以提供比较高的承载能力。由于近似的原因，允许结构具有比较低的弯曲刚度，对弯曲变形的抵抗力比较低。
综上所述，通过采用上述基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，通过后缘光滑连续变弯度机翼可以提高整个巡航阶段的升阻特性，显著地改善飞行器的气动特性、可以巡航减阻、节省燃料，增加航程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，其特征在于，包括1为机翼前缘(本文后续中的翼盒)，2为机翼上表面弹性蒙皮，3为柔性桁架，4为机翼后缘，5为滑杆，6为固定板。其中滑杆是可以穿过固定板的，柔性桁架一端与机翼上表面蒙皮相连接，一端与固定板固定连接在一起；前缘的平直面上设计了一系列小孔，滑杆可以顺利通过.柔性桁架在中间是分左右对称排列，选择NACA4418翼型。
2.如权利要求1所述的一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，其特征在于，固定板设计的是长方体结构，数目与柔性桁架相同，整个变形机构是碳纤维复合材料的变形机构。
3.一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，其特征在于，包括如下步骤：当滑杆沿着固定板进行滑动时，变形机构将拉伸或者弯曲，同时机翼的曲面也将发生变化。在变形过程中，柔性复合材料上蒙皮和下蒙皮上的滑杆将保持光滑的曲率以保证气动效率。
4.如权利要求3所述的一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，其特征在于，在变形过程中，柔性桁架单元经历小的弹性变形，可以通过它的柔度进行调节。
5.如权利要求3所述的一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，其特征在于，机翼上表面蒙皮需要是可承受大变形的材料所制备而成的蒙皮，在机翼的后缘弯曲变形当中，上表面所经历的变形最大。滑杆是可以在机翼前缘来进行滑动的，通过滑杆的滑动可以带动后缘实现上下的偏转变形。
6.如权利要求3所述的一种基于滑杆-柔性桁架-蒙皮的翼面连续变形机构，其特征在于，变形的方式电机给滑杆一个驱动力，当驱动力向着前缘方向施加时，后缘乡下偏转；当驱动力向后缘方向施加时，后缘向上偏转，以此完成变形。
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|---|---|---|---|---|
| CN117553700A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-02-13 | 成都电科星拓科技有限公司 | 一种基于力致发光材料检测滑杆弯曲变形、应力的方法 |
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