一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构制造技术

本发明专利技术公开了属于航空航天工程技术领域的一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，该可变体结构包括以下5个部分：含记忆合金丝驱动伸展机构，采用多组含记忆合金丝驱动导杆机构组成；伸展驱动机构，采用液压缸形式；可展外壳，采用铝镁合金材料；偏转机构，采用步进电机驱动转动铰链实现；变形微调机构，采用记忆合金丝的弹簧机构。本发明专利技术采用了多级中央含记忆合金丝驱动导杆机构组成的伸展机构，并结合SMA弹簧变形微调机构，能够实现可展外壳在伸展驱动机构的驱动下可靠展开，同时变形微调机构可补充展开过程中局部变形量；偏转机构使可展外壳偏转一定角度，并通过铰链机构准确锁定。本发明专利技术在航空航天领域有广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构
本专利技术属于航空航天技术的飞行装置领域。特别涉及一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，
技术介绍
随着航空航天技术的发展，对飞行器的飞行性能有了更高的要求，特别是飞行器头部的结构设计将对飞行器的整体气动性能产生巨大的影响。然而，现有的固定式飞行器头部结构不能实现不同飞行环境下飞行器头部外形的最优化调整。因此，本专利技术提出了一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，在现有亚轨道飞行器外形气动特性基础上，加长飞行器头部长度和变形剖面外形。该专利技术对提高飞行器的设计水平有重要意义。根据国内外的飞行器设计资料，结合相关文献，发现现有的飞行器头部主要存在以下问题：(1)大部分飞行器头部结构采用传统的流线型设计，结构固定，不能随飞行状态变化；(2)目前还没有应用到再入式飞行器的可变形飞行器头部；(3)无法准确调整飞行器头部的局部外形，不能保证飞行器头部外形的最优化。本专利技术研制了一种能够根据飞行状态对飞行器头部外形进行调整的带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，其特征在于，所述带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构主要由含记忆合金丝驱动伸展机构1、伸展驱动机构2、可展外壳3、偏转机构4和变形微调机构5组成，其中：含记忆合金丝驱动伸展机构1由多层轴向均布的多级含记忆合金丝驱动导杆机构组成；每层导杆机构由套在主轴6上的伸展套筒1A及与伸展套筒相铰接的连杆组成；其中连杆包括第一从动杆1B与第二从动杆1C，第二从动杆1C一端在第一从动杆1B中部适当位置铰接，第二从动杆1C另一端与下一级伸展套筒和第一从动杆在伸展套筒上滑块1D处铰接；第一从动杆1B通过滑块1D与伸展套筒1A铰接，第一从动杆1B末端内套装变形微调机构5，变形微调机构5与可展外壳3固定；其他层导杆机构的连接形式与第1级杆组相同；所述伸展套筒分为内套筒1A1和外套筒1A2，各级内套筒1A1的中心圆孔套在主轴6上滑动，主轴6的一端与可展外壳3的顶端固定，主轴6的另一端与偏转机构4一端固定，偏转机构4另一端固定与伸展驱动机构连接。所述可展外壳由多级可伸缩锥形环状壳体套接而成；按照计算好的位置在关键点上将可展外壳和含记忆合金丝驱动伸展机构1连接；组成了飞行器头部可变形结构；在伸展驱动机构作用下，可展外壳由压缩状态展开，实现伸展。所述伸展套筒分为内套筒1A1和外套筒1A2，采用可伸展式套筒机构实现轴向伸长，其中内套筒和外套筒相互嵌套，从而实现一定长度的伸长，使用多个套筒相互连接，从而达到累计1.5m的伸长量。所述滑块1D固定安装在外套筒1A2中部，随外套筒1A2一起运动，从而带动连杆进行伸展，伸展到位后自动锁定。所述伸展驱动机构由液压缸担任，液压缸推动主轴6，主轴前端带动第1级伸展套筒伸长，到预定位置后滑块1D自动锁定，再由主轴6带动下一级伸展套筒伸长，以此类推，直到最后一级伸展套筒滑块锁定，伸长过程完成；其中液压缸为CLP‐602薄型液压自锁液压缸，承载能力：578KN，伸展高度：175.26mm；所述偏转机构由偏转铰链和步进电机4B组成；伸长过程完成后，偏转铰链解锁，步进电机带动整个机构偏转到指定角度；偏转到位后，偏转铰链锁定；其中偏转铰链由公铰4A1、母铰4A2和锁定杆4A3组成。所述变形微调机构由上连杆5A、下连杆5B、套筒5C安装在套筒中的SMA压缩弹簧5D组成；所述伸展套筒、各导杆机构和各连杆为铝合金5032材料。本专利技术的有益效果在于以简单的机构形式加长飞行器头部部分长度，可用SMA驱动的滑块导杆机构实现对含记忆合金丝驱动机构杆件末端的微量调节，从而使得外形轮廓光滑连续，智能材料结构简单，加热时恢复高温相形状，保证了飞行器头部外形的最优化。与传统驱动器相比具有明显的优势。在飞行器头部装有偏转机构，能根据飞行需要对飞行器头部偏转量进行调整，有效解决现有再入式飞行器头部无法通过变形调整其气动特性的不足，可用于再入式飞行器等航天工程领域。附图说明图1为带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构原理图图2为含记忆合金丝驱动伸展机构的原理图。图3为伸展套筒的原理图图4为可展外壳原理图，其中a为原始形状；b为伸展状态。图5为偏转铰链原理图。图6为变形微调机构原理图。具体实施方式本专利技术提出一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，下面结合附图予以说明。图1所示为带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构原理图；图中所述带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构主要由含记忆合金丝驱动伸展机构1、伸展驱动机构2、可展外壳3、偏转机构4和变形微调机构5组成，其中：含记忆合金丝驱动伸展机构1由多层轴向均布的多级含记忆合金丝驱动导杆机构组成；每层导杆机构由套在主轴6上的伸展套筒1A及与伸展套筒相铰接的连杆组成；其中连杆包括第一从动杆1B与第二从动杆1C，第二从动杆1C一端在第一从动杆1B中部适当位置铰接，第二从动杆1C另一端与下一级伸展套筒1A和第一从动杆1B在伸展套筒1A上滑块1D处铰接；第一从动杆1B通过滑块1D与伸展套筒1A铰接，第一从动杆1B末端内套装变形微调机构5，变形微调机构5与可展外壳3固定(如图2、图3所示)；其他层导杆机构的连接形式与第1级杆组相同；所述伸展套筒分为内套筒1A1和外套筒1A2，内套筒和外套筒相互嵌套，使用多个套筒相互连接，从而达到累计1.5m的伸长量；滑块1D固定安装在外套筒1A2中部，随外套筒1A2一起运动，从而带动连杆进行伸展，伸展到位后自动锁定。各级内套筒1A1的中心圆孔套在主轴6上滑动，主轴6的一端与可展外壳3的顶端固定，主轴6的另一端与偏转机构4一端固定，偏转机构4另一端固定与伸展驱动机构2连接；所述伸展驱动机构由液压缸担任，液压缸推动主轴6，主轴前端带动第1级伸展套筒伸长，到预定位置后滑块1D自动锁定，再由主轴6带动下一级伸展套筒伸长，以此类推，直到最后一级伸展套筒滑块锁定，伸长过程完成；其中液压缸为CLP‐602薄型液压自锁液压缸，承载能力：578KN，伸展高度：175.26mm；所述伸展套筒和各连接杆由铝合金5032材料做成。5级杆组变性前后尺寸如下表1所示。表15级杆组变性前后尺寸如下：(单位：mm)图4所示为可展外壳原理图，其中a为原始形状；b为伸展状态。可展外壳由多级可伸缩锥形环状壳体套接而成；按照计算好的位置在关键点上将可展外壳和含记忆合金丝驱动伸展机构1连接；组成了飞行器头部可变形结构；在伸展驱动机构作用下，可展外壳由压缩状态展开(如图4中的b为伸展状态)，实现伸展。图5所示为偏转铰链原理图，所述偏转机构由偏转铰链和步进电机4B组成；伸长过程完成后，偏转铰链解锁，步进电机带动整个机构偏转到指定角度；偏转到位后，偏转铰链锁定；其中偏转铰链由公铰4A1、母铰4A2和锁定杆4A3组成。当飞行器头部伸长时，锁定杆4A3卡在铰链的卡槽内，以限制旋转运动，实现伸长。伸长完成后，铰链解锁，步进电机带动公铰转动，实现机构偏转运动。运动到位后，铰链通过锁定杆加以锁定，实现自锁。锁定杆的解锁由电磁继电器实现，电磁继电器通电，牵引锁定杆动作，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，其特征在于，所述带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构主要由含记忆合金丝驱动伸展机构(1)、伸展驱动机构(2)、可展外壳(3)、偏转机构(4)和变形微调机构(5)组成，其中：含记忆合金丝驱动伸展机构(1)由多层轴向均布的多级含记忆合金丝驱动导杆机构组成；每层导杆机构由套在主轴(6)上的伸展套筒(1A)及与伸展套筒相铰接的连杆组成；其中连杆包括第一从动杆(1B)与第二从动杆(1C)，第二从动杆(1C)一端在第一从动杆(1B)中部适当位置铰接，第二从动杆(1C)另一端与下一级伸展套筒和第一从动杆在伸展套筒上滑块(1D)处铰接；第一从动杆(1B)通过滑块(1D)与伸展套筒(1A)铰接，第一从动杆(1B)末端内套装变形微调机构(5)，变形微调机构(5)与可展外壳(3)固定；其他层导杆机构的连接形式与第1级杆组相同；所述伸展套筒分为内套筒(1A2)和外套筒(1A1)，各级内套筒(1A2)的中心圆孔套在主轴(6)上滑动，主轴(6)的一端与可展外壳(3)的顶端固定，主轴(6)的另一端与偏转机构(4)一端固定，偏转机构(4)另一端固定与伸展驱动机构连接。...

【技术特征摘要】
1.一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，其特征在于，所述带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构主要由含记忆合金丝驱动伸展机构(1)、伸展驱动机构(2)、可展外壳(3)、偏转机构(4)和变形微调机构(5)组成，其中：含记忆合金丝驱动伸展机构(1)由多层轴向均布的多级含记忆合金丝驱动导杆机构组成；每层导杆机构由套在主轴(6)上的伸展套筒(1A)及与伸展套筒相铰接的连杆组成；其中连杆包括第一从动杆(1B)与第二从动杆(1C)，第二从动杆(1C)一端在第一从动杆(1B)中部适当位置铰接，第二从动杆(1C)另一端与下一级伸展套筒和第一从动杆在伸展套筒上滑块(1D)处铰接；第一从动杆(1B)通过滑块(1D)与伸展套筒(1A)铰接，第一从动杆(1B)末端内套装变形微调机构(5)，变形微调机构(5)与可展外壳(3)固定；其他层导杆机构的连接形式与第1级杆组相同；所述伸展套筒分为内套筒(1A1)和外套筒(1A2)，各级内套筒(1A1)的中心圆孔套在主轴(6)上滑动，主轴(6)的一端与可展外壳(3)的顶端固定，主轴(6)的另一端与偏转机构(4)一端固定，偏转机构(4)另一端固定与伸展驱动机构连接。2.根据权利要求1所述一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金驱动的可变体结构，其特征在于，所述可展外壳由多级可伸缩锥形环状壳体套接而成；按照计算好的位置在关键点上将可展外壳和含记忆合金丝驱动伸展机构(1)连接；组成了飞行器头部可变形结构；在伸展驱动机构作用下，可展外壳由压缩状态展开，实现伸展。3.根据权利要求1所述一种带有偏转铰链锁定、形状记忆合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰亮，郭鹏飞，赵大海，阎绍泽，李君兰，吴嘉宁，
申请(专利权)人：清华大学，中国运载火箭技术研究院研究发展中心，
类型：发明
国别省市：北京;11