一种基于压电驱动的新型变体机翼制造技术

一种基于压电驱动的新型变体机翼，涉及航空飞行器变体机翼技术领域，包括截面为D形的机翼盒、及连接于机翼盒后端的变形结构，所述的机翼盒包括由多条截面为L形的肋条、及主翼梁通过连接件搭建成的框架，以及固定连接于框架外表面的刚性蒙皮，所述的变形结构位于主翼梁的后侧，包括多个与主翼梁的后端面固定连接且间隔设置的柔性桁架承载单元、设置于相邻的柔性桁架承载单元之间的压电驱动单元、以及固定连接于柔性桁架承载单元上端的柔性蒙皮。本发明专利技术优化了压电驱动系统的结构及其安装位置，使机翼变形更加稳定和多样化以适应不同飞行环境。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电驱动的新型变体机翼
本专利技术涉及航空飞行器变体机翼
，具体涉及一种基于压电驱动的新型变体机翼。
技术介绍
目前，已应用到飞机上的变体机翼主要是通过液压装置驱动、以折叠-伸展为变形形式的刚性变体机翼。压电材料作为一种全新的功能材料，利用其逆压电效应，可以在电场作用下控制其变形程度，在变体机翼方面也得到了一定的应用，但目前对压电材料的利用仍有一些不足之处。1.常见的刚性变体机翼是利用液压装置控制机翼的折叠和伸展来改变飞机形状，但是该类型的变体机翼往往具有复杂的机械结构，很大程度增大了机翼体积和质量，影响飞机的整体飞行性能和稳定性。2.目前已提出的以形状记忆材料驱动的变体机翼，虽然可以达到机翼厚度和倾角的效果，但是其响应缓慢的问题会致使机翼不能根据飞行环境做出及时改变。3.目前已提出的以压电材料驱动的变体机翼，主要是将压电系统直接与机翼蒙皮结合来达到改变机翼形状的效果，但是该类形变体机翼会致使压电系统在飞行过程中与外界载荷直接接触，影响压电系统的驱动效果和工作环境。4.此外，以压电材料驱动的变体机翼，变形幅度较小的问题会导致机翼在各类飞行环境状况下的自适应性降低，局限变体机翼的变形程度与变形形式。压电材料是通过极化处理形成的，具备耐热、耐湿、制造容易以及可制成任意形状和极化方向的优点。当压电材料受到力或其他载荷时，将在其表面产生电荷；而在压电材料表面施加电场时,将使其发生变形，因此压电材料具有正逆压电效应。因其测量精度高、响应速度快和性能稳定等优点，压电材料已广泛应用于航空航天、精密测量和智能结构等领域。关于逆压电效应：如图1所示，当在压电材料03的晶体上下表面施加电场力时，压电材料03内部的正、负电荷就会在外加电场的作用下发生相对位移，这时压电材料03会因此产生一定的机械变形，这种现象称为逆压电效应。关于分布式压电复合梁驱动器：如图2所示，将多个压电片06上下对称地粘贴在基体梁07上形成的压电复合梁驱动器，既具备压电材料的优点，同时可以提高结构的稳定性和承载能力，并且变形灵活多样。在电场作用下，压电片06驱动基体梁07进行变形，从而满足相应的工程要求。关于菱形放大器：目前常用的放大机构主要包括桥式放大机构，杠杆式放大机构以及三角放大机构，本专利技术所涉及的菱形放大器采用三角放大机构，目的是在减少占用空间的前提下保证放大倍数。图3给出了菱形放大器的三角放大原理图。如图3所示，依次通过端部铰接的杆件构成菱形放大器，所述的菱形放大器的四根杆件采用刚性杆件，忽略在外力作用下的变形，即对应的三角形斜边长度不变。设长直角边为a，其与斜边的夹角为θ，短直角边长为b。当长直角边伸长Δa，短直角边则相应缩短Δb，在斜边恒定的情况下，有等式：a2+b2＝(a-Δa)2+(b+Δb)2(2)忽略Δa2和Δb2两个高阶无穷小量，根据式(2)可得放大倍数：由式(3)可以看出菱形放大器的放大倍数是与其锐角的大小有关的，与斜边与直角边的长度无关，其锐角越小，则位移放大倍数越大。根据这一原理，利用菱形放大器在保证放大变形的同时，既可以将横向位移转变为纵向位移，又可以有效减小整体结构体积。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于压电驱动的新型变体机翼，本专利技术所涉及的变体机翼优化了压电驱动单元的结构及其安装位置，使机翼变形更加稳定和多样化以适应不同飞行环境。当压电驱动单元工作时，驱动机变形结构发生自适应性变形，从而达到改变机翼厚度及其倾角的作用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于压电驱动的新型变体机翼，包括截面为D形的机翼盒、及连接于机翼盒后端的变形结构，所述的机翼盒包括由多条截面为L形的肋条、及主翼梁通过连接件搭建成的框架，以及固定连接于框架外表面的刚性蒙皮，所述的变形结构位于主翼梁的后侧，包括多个与主翼梁的后端面固定连接且间隔设置的柔性桁架承载单元、设置于相邻的柔性桁架承载单元之间的压电驱动单元、以及固定连接于柔性桁架承载单元上端的柔性蒙皮。优选的，所述的压电驱动单元包括第一驱动部及第二驱动部，所述的第一驱动部及第二驱动部并排排列于主翼梁的后侧，在第一驱动部及第二驱动部的底部设有一端与主翼梁固定连接的刚性底梁，在刚性底梁的上端分别设有用以安装第一驱动部及第二驱动部的底座，所述的刚性底梁、及柔性桁架承载单元的下端固定连接有刚性蒙皮。优选的，所述的底座沿水平方向设置，所述的第一驱动部及第二驱动部具有相同的结构，包括底端与底座上表面固定连接、且相互平行设置的2个分布式压电复合梁驱动器、设置于2个分布式压电复合梁驱动器之间且一端与底座上表面连接的储能弹簧、设置于储能弹簧上方的菱形放大器，设置于菱形放大器上方的变形传递导杆，所述的菱形放大器的下端与储能弹簧的上端连接，菱形放大器的上端与变形传递导杆的下端连接，所述的菱形放大器的两侧端分别通过连杆与两侧的分布式压电复合梁驱动器的顶端连接，所述的连杆的两端分别与菱形放大器、及分布式压电复合梁驱动器铰接，所述的第一驱动部及第二驱动部的变形传递导杆顶端固定连接有柔性梁，所述的柔性梁的前端与主翼梁的后端面固定连接，所述的柔性梁的上端与柔性蒙皮的下表面相抵。优选的，所述的柔性桁架承载单元包括上弧形杆、下弧形杆、以及连接于上弧形杆、下弧形杆之间的桁架主体，所述的桁架主体的后端与下弧形杆的后端齐平，所述的下弧形杆的长度小于上弧形杆的长度，在各个柔性桁架承载单元的下弧形杆的后端之间还连接有刚性纵梁，在各个柔性桁架承载单元的上弧形杆的后端与刚性纵梁之间还连接有波纹状柔性蒙皮。优选的，所述的各个柔性桁架承载单元的上弧形杆的后端设有尾线滑轮，所述的波纹状柔性蒙皮的后端通过尾线滑轮与柔性蒙皮连接；所述的柔性梁的后端与上弧形杆的后端齐平，且在柔性梁后端与刚性纵梁之间还连接有波纹板，所述的波纹板上端与柔性梁端部通过尾线滑轮连接，下端与刚性纵梁固定连接。优选的，所述的刚性纵梁与刚性底梁固定连接，在连接处还设有副翼梁，所述的副翼梁底端与刚性纵梁的上表面固定连接，顶端与柔性梁滑动连接，在副翼梁的上部还设有约束横梁，所述的约束横梁的前端与主翼梁的后端面固定连接，约束横梁的后端与副翼梁的上部固定连接，在约束横梁上还开设有导向孔，所述的导向孔内固定安装有滚轮，所述的变形传递导杆穿过导向孔并与滚轮滑动连接。优选的，所述的变形传递导杆的顶端为弧形面，且变形传递导杆的内部为中空结构。优选的，所述的刚性底梁的下端面呈弧形，所述的第一驱动部位于第二驱动部的前侧，且在菱形放大器伸展时，第一驱动部的变形传递导杆的顶端的高度大于第二驱动部的变形传递导杆顶端的高度。优选的，所述的约束横梁为“Z”形结构，且第二驱动部的底座的高度高于第一驱动部的底座的高度。本专利技术一种基于压电驱动的新型变体机翼具有如下有益效果：1、本专利技术通过对变形结构的改进，通过设置在变形结构内部的压电驱动单元促进机翼变形，有效避免了现有技术中将压电系统与柔性蒙皮结合一起带来的负荷大、驱动效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电驱动的新型变体机翼，其特征为：包括截面为D形的机翼盒、及连接于机翼盒后端的变形结构，所述的机翼盒包括由多条截面为L形的肋条、及主翼梁通过连接件搭建成的框架，以及固定连接于框架外表面的刚性蒙皮，所述的变形结构位于主翼梁的后侧，包括多个与主翼梁的后端面固定连接且间隔设置的柔性桁架承载单元、设置于相邻的柔性桁架承载单元之间的压电驱动单元、以及固定连接于柔性桁架承载单元上端的柔性蒙皮。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于压电驱动的新型变体机翼，其特征为：包括截面为D形的机翼盒、及连接于机翼盒后端的变形结构，所述的机翼盒包括由多条截面为L形的肋条、及主翼梁通过连接件搭建成的框架，以及固定连接于框架外表面的刚性蒙皮，所述的变形结构位于主翼梁的后侧，包括多个与主翼梁的后端面固定连接且间隔设置的柔性桁架承载单元、设置于相邻的柔性桁架承载单元之间的压电驱动单元、以及固定连接于柔性桁架承载单元上端的柔性蒙皮。


2.如权利要求1所述的一种基于压电驱动的新型变体机翼，其特征为：所述的压电驱动单元包括第一驱动部及第二驱动部，所述的第一驱动部及第二驱动部并排排列于主翼梁的后侧，在第一驱动部及第二驱动部的底部设有一端与主翼梁固定连接的刚性底梁，在刚性底梁的上端分别设有用以安装第一驱动部及第二驱动部的底座，所述的刚性底梁、及柔性桁架承载单元的下端固定连接有刚性蒙皮。


3.如权利要求2所述的一种基于压电驱动的新型变体机翼，其特征为：所述的底座沿水平方向设置，所述的第一驱动部及第二驱动部具有相同的结构，包括底端与底座上表面固定连接、且相互平行设置的2个分布式压电复合梁驱动器、设置于2个分布式压电复合梁驱动器之间且一端与底座上表面连接的储能弹簧、设置于储能弹簧上方的菱形放大器，设置于菱形放大器上方的变形传递导杆，所述的菱形放大器的下端与储能弹簧的上端连接，菱形放大器的上端与变形传递导杆的下端连接，所述的菱形放大器的两侧端分别通过连杆与两侧的分布式压电复合梁驱动器的顶端连接，所述的连杆的两端分别与菱形放大器、及分布式压电复合梁驱动器铰接，所述的第一驱动部及第二驱动部的变形传递导杆顶端固定连接有柔性梁，所述的柔性梁的前端与主翼梁的后端面固定连接，所述的柔性梁的上端与柔性蒙皮的下表面相抵。


4.如权利要求3所述的一种基于压电驱动的新型变体机翼，其特征为：所述的柔性桁架承载单元包括上弧形杆、下弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：周博，王率，周子钰，马宵，薛世峰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，新疆大学，
类型：发明
国别省市：山东;37