一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋及其控制方法，属于先进智能结构和航空航天设备技术领域。所述可变形翼肋包括梯度六边形结构、钻石型结构和驱动结构；梯度六边形结构由多层不同大小的单个六边形结构排列而成；钻石型结构紧贴于可变形翼肋上下轮廓线并与梯度六边形结构的最外层相连接，钻石型结构用于连接柔性蒙皮；驱动结构连接于各单个六边形结构内部，通过驱动结构伸缩带动各单个六边形结构运动，通过控制驱动结构伸缩量大小实现所需翼肋变形程度。本发明专利技术翼肋结构不仅能实现机翼所需变形，而且将目标变形分解为多段小变形，使得机翼不仅继承了刚性机翼承载力大的优点，还继承了柔性机翼变形前后光滑轮廓线的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋及其控制方法


[0001]本专利技术属于先进智能结构和航空航天设备
，具体涉及一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋及其控制方法。

技术介绍

[0002]机翼是决定飞机整体空气动力的关键部位，翼型对飞机的飞行性能具有重要的作用。针对复杂的飞行环境和多变的飞行条件，可变形飞行器因其具有变弯度、高飞行效率等优点近年来逐渐被研究。现有可变形机翼主要依靠一段或多段刚性变形来实现机翼变形，这类结构大多变形幅度过小，导致飞行性能改变较低差，或变形后翼型表层存在大段折线不连续、不光滑。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋及其控制方法，以解决
技术介绍
中的问题，该翼肋作为机翼支撑装置可实现机翼伸缩、变换弯曲角度等功能，具有较高合理性、经济性、适用性。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下：一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，包括梯度六边形结构、钻石型结构和驱动结构；所述梯度六边形结构由多层不同大小的单个六边形结构排列而成，所述梯度六边形结构的尺寸由中间层向上下两端层梯度递减；所述钻石型结构紧贴于可变形翼肋上下轮廓线并与梯度六边形结构的最外层相连接，所述钻石型结构属于随动装置，所述钻石型结构用于连接柔性蒙皮；所述驱动结构连接于各单个六边形结构内部，通过驱动结构伸缩带动各单个六边形结构运动，通过控制驱动结构伸缩量大小实现所需翼肋变形程度。
[0005]进一步优化技术方案，所述梯度六边形结构分设为沿着翼肋中弦线垂直方向排列的梯度六边形结构中间层以及梯度六边形结构第n层，n≥2；梯度六边形结构中间层和梯度六边形结构第n层分别包括若干单个六边形结构；梯度六边形结构中间层的若干单个六边形结构沿着翼肋中弦线顺次排列成单排且翼肋中弦线穿过每个六边形结构的两条竖直边；梯度六边形结构第n层均为两排，其中n=2时，梯度六边形结构第二层的两排分别对称设置在梯度六边形结构中间层的上下两端，n≥3时，梯度六边形结构第n层的两排分别对称设置在梯度六边形结构第n
‑
1层的上下两排的上下两端；所述梯度六边形结构分设的层数与翼肋厚度尺寸相关，各层单个六边形结构个数与翼肋弦长尺寸相关。
[0006]进一步优化技术方案，梯度六边形结构第n层每排中单个六边形结构的个数是梯度六边形结构第n
‑
1层每排中单个六边形结构的个数两倍；梯度六边形结构中间层中单个六边形结构、梯度六边形结构第n层中单个六边形结构的尺寸沿着翼肋中弦线方向不相等，并根据翼肋外轮廓线做适应性调整；单个六边形结构各杆件之间通过铰接点连接，各杆件能够绕铰接点相互转动；各层单个六边形结构的杆件粗细从中间层向上下两端层梯度递减。
[0007]进一步优化技术方案，所述钻石型结构包括若干依次排列的五边形结构；所述五边形结构包括若干连杆，各连杆之间通过铰接点连接，各连杆能够绕铰接点相互转动；所述五边形结构还包括设置在内部的随动伸缩杆，随动伸缩杆靠近梯度六边形结构最外层一侧为铰接，随动伸缩杆靠近翼肋轮廓一侧为刚接。
[0008]进一步优化技术方案，所述驱动结构的两端铰接或刚接于各单个六边形结构的竖直杆上。
[0009]进一步优化技术方案，所述驱动结构包括与梯度六边形结构中间层相连接的中间层驱动结构以及与梯度六边形结构第n层相连接的第n层驱动结构；以翼肋的前端为左，末端为右；中间层驱动结构包括位于每个六边形结构内的控制水平方向驱动结构和控制弯曲方向驱动结构，控制水平方向驱动结构的左端刚接于单个六边形结构的左侧竖直杆上，控制水平方向驱动结构的右端铰接在单个六边形结构的右侧竖直杆上，控制弯曲方向驱动结构的左侧铰接于控制水平方向驱动结构的中段，控制弯曲方向驱动结构的右侧铰接于单个六边形结构右侧竖直杆上且铰接点与控制水平方向驱动结构在右侧竖直杆上的铰接点不重合；第n层驱动结构的左侧和右侧分别铰接于梯度六边形结构第n层各单个六边形结构的左右侧竖直杆上；所述第n层驱动结构在静止时用于限制整体翼肋结构自由度。
[0010]进一步优化技术方案，所述驱动结构（包括控制水平方向驱动结构、控制弯曲方向驱动结构、第n层驱动结构）为液压杆或气压杆或机械传动装置或形状记忆合金或电活性聚合物或压电材料或热膨胀合金。
[0011]一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的控制方法，所述方法是在已知所需外轮廓线的前提下，基于程序求解出驱动结构伸缩量，通过梯度六边形结构、钻石型结构和驱动结构相互配合，实现翼肋的伸长或缩短或弯曲，带动整体机翼实现柔性变形；所述方法通过梯度六边形结构中间层的杆件尺寸比例关系将总的目标变形拆解为中间层单个六边形结构的变形，再通过梯度将梯度六边形结构中间层的大段折线变形拆解为上下两端层的较小的折线变形，再通过钻石型结构连接蒙皮，使机翼表面形成光滑连续的曲面。
[0012]由于采用了以上技术方案，本专利技术所取得技术进步如下：本专利技术翼肋结构不仅能实现机翼所需变形，而且将目标变形分解为多段小变形，使得机翼不仅继承了刚性机翼承载力大的优点，还继承了柔性机翼翼型表层光滑连续的优点。同时，基于多个驱动结构的伸缩，本专利技术翼肋可实现变弯、变长、变轮廓线等多种类型的变形。
[0013]本专利技术可根据梯度六边形结构各杆件参数适应于翼肋各个部分，具有可实现指定轮廓变形、制造成本低、飞行性能高、兼顾低速高速等优点，能够适应复杂多变的任务流场环境，将有望用于变体机翼等装置中。
附图说明
[0014]在下文中将基于实施例并参考附图对本专利技术进行更详细的描述。
[0015]图1为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的结构示意图。
[0016]图2为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋整体布置示意图。
[0017]图3为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的各组成结构示意图。
[0018]图4为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的点位示意图。
[0019]图5为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋中各杆件的长度示意图。
[0020]图6为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的伸长示意图（a
‑
原型示意图，b
‑
伸长示意图）。
[0021]图7为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的弯曲示意图（a
‑
弯曲10
°
示意图，b
‑
弯曲20
°
示意图，c
‑
弯曲30
°
示意图）。
[0022]图8为本专利技术一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的点位循环示意图。上述各附图中的部件标记如下：1
‑
梯度六边形结构中间层，2
‑
梯度六边形结构第二层，3
‑
梯度六边形结构第三层，4
‑
钻石型结构，101
‑
中间层第一个六边形结构，102
‑
中间层第二个六边形结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：包括梯度六边形结构、钻石型结构和驱动结构；所述梯度六边形结构由多层不同大小的单个六边形结构排列而成，所述梯度六边形结构的尺寸由中间层向上下两端层梯度递减，所述钻石型结构紧贴于可变形翼肋上下轮廓线并与梯度六边形结构的最外层相连接，所述钻石型结构属于随动装置，所述钻石型结构用于连接柔性蒙皮；所述驱动结构连接于各单个六边形结构内部，通过驱动结构伸缩带动各单个六边形结构运动，通过控制驱动结构伸缩量大小实现所需翼肋变形程度。2.根据权利要求1所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：所述梯度六边形结构分设为沿着翼肋中弦线垂直方向排列的梯度六边形结构中间层以及梯度六边形结构第n层，n≥2；梯度六边形结构中间层和梯度六边形结构第n层分别包括若干单个六边形结构；梯度六边形结构中间层的若干单个六边形结构沿着翼肋中弦线顺次排列成单排且翼肋中弦线穿过每个六边形结构的两条竖直边；梯度六边形结构第n层均为两排，其中n=2时，梯度六边形结构第二层的两排分别对称设置在梯度六边形结构中间层的上下两端，n≥3时，梯度六边形结构第n层的两排分别对称设置在梯度六边形结构第n
‑
1层的上下两排的上下两端；所述梯度六边形结构分设的层数与翼肋厚度尺寸相关，各层单个六边形结构个数与翼肋弦长尺寸相关。3.根据权利要求2所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：梯度六边形结构第n层每排中单个六边形结构的个数是梯度六边形结构第n
‑
1层每排中单个六边形结构的个数两倍；梯度六边形结构中间层中单个六边形结构、梯度六边形结构第n层中单个六边形结构的尺寸沿着翼肋中弦线方向不相等，并根据翼肋外轮廓线做适应性调整；单个六边形结构各杆件之间通过铰接点连接，各杆件能够绕铰接点相互转动；各层单个六边形结构的杆件粗细从中间层向上下两端层梯度递减。4.根据权利要求1所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：所述钻石型结构包括若干依次排列的五边形结构；所述五边形结构包括若干连杆，各连杆之间通过铰接点连接，各连杆能够绕铰接点相互转动；所述五边形结构还包括设置在内部的随动伸缩杆，随动伸缩杆靠近梯度六边形结构最外层一侧为铰接，随动伸缩杆靠近翼肋轮廓一侧为刚接。5.根据权利要求2或3所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：所述驱动结构的两端铰接或刚接于各单个六边形结构的竖直杆上。6.根据权利要求5所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：所述驱动结构包括与梯度六边形结构中间层相连接的中间层驱动结构以及与梯度六边形结构第n层相连接的第n层驱动结构；以翼肋的前端为左，末端为右；中间层驱动结构包括位于每个六边形结构内的控制水平方向驱动结构和控制弯曲方向驱动结构，控制水平方向驱动结构的左端刚接于单个六边形结构的左侧竖直杆上，控制水平方向驱动结构的右端铰接在单个六边形结构的右侧竖直杆上，控制弯曲方向驱动结构的左侧铰接于控制水平方向驱动结构的中段，控制弯曲方向驱动结构的右侧铰接于单个六边形结构右侧竖直杆上且铰接点与控制水平方向驱动结构在右侧竖直杆上的铰接点不重合；第n层驱动结构的左侧和右侧分别铰接于梯度六边形结构第n层各单个六边形结构的
左右侧竖直杆上；所述第n层驱动结构在静止时用于限制整体翼肋结构自由度。7.根据权利要求1所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：所述驱动结构为液压杆或气压杆。8.根据权利要求6所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋，其特征在于：所述控制水平方向驱动结构和控制弯曲方向驱动结构以及第n层驱动结构采用液压杆或气压杆。9.一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的控制方法，其特征在于：所述方法是在已知所需外轮廓线的前提下，基于程序求解出驱动结构伸缩量，通过梯度六边形结构、钻石型结构和驱动结构相互配合，实现翼肋的伸长或缩短或弯曲，带动整体机翼实现柔性变形；所述方法通过梯度六边形结构中间层的杆件尺寸比例关系将总的目标变形拆解为中间层单个六边形结构的变形，再通过梯度将梯度六边形结构中间层的大段折线变形拆解为上下两端层的较小的折线变形，再通过钻石型结构连接蒙皮，使翼型表层形成光滑连续的曲线。10.如权利要求9所述的一种基于梯度六边形结构的可变形翼肋的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：计算中间层第一个六边形结构及中间层第二个六边形结构和第二层上端第一个六边形结构涉及的长度m1、a
111
、b
111
、c
111
、d
111
、f
111
、a
121
、b
121
、c
121
、d
121
、e
121
、m2、n2、a
211
、d
211
；计算中间层第一个六边形结构及中间层第二个六边形结构和第二层上端第一个六边形结构涉及的点位O
111
、P
111
、Q
111
、A
111
、B
111
、C
111
、D
111
、E
111
、O
121
、P
121
、Q
121
、A
121
、B
121
、C
121
、D
121
、O
131
、A
131
、M2、O
211
、A
211
、B
211
、C
211
、D
211
、O
212
、A
212
；中间层六边形的最左侧竖直边固定在竖直导轨上，其余各层六边形最左侧的竖直边的两个端点滑动设置在导轨内；计算所涉及的点位及循环方式如下：以中间层左侧三个大六边形为例，中间层第一个六边形所涉及的点位为O
111
、P
111
、Q
111
、A
111
、B
111
、C
111
、D
111
、E
111
，O
111
为中间层第一个六边形结构左侧竖直边中点，同时也是中间层第一个六边形结构的控制水平方向驱动结构的刚接点，P
111
为中间层第一个六边形结构控制弯曲方向驱动结构与控制水平方向驱动结构的铰接点，Q
111
为中间层第一个六边形结构控制弯曲方向驱动结构与该六边形结构右侧竖直边的铰接点，A
111
为中间层第一个六边形结构左侧竖直边的上端点，B
111
为中间层第一个六边形结构的顶部端点，C
111
、D
111
分别为该中间层第一个六边形结构上部两斜边与对应的第二层一对六边形结构底部端点的铰接点，E
111
为与中间层第一个六边形对应的一对第二层六边形中位于右侧的六边形的右侧竖直边的下部端点；中间层第二个大六边形点位除下标变为121其余不变，第三个大六边形点位变为131，后面以此类推；第二层上端第一个六边形左侧竖直杆下端点位为M2且不参与循环，其余点位为O
211
、A
211
、B
211
、C
211
、D
211
、E
211
，上述第二层上端第一个六边形的六个点的位置类比于中间层第一个六边形的O
111
、A
111
、B
111
、C
111
、D
111
、E
111
，第二个六边形下标变为212，第三个六边形下标变为221、第四个变为222，第五个为231，第六个232，后面以此类推；第n层上端第一个六边形左侧竖直杆下端点位为M
n
且不参与循环；第n层的六边形自左向右按照2
n
‑1个为一组分成多组，每组按自左向右的顺序与中间层的每个大六边形一一对应，表示第n层各个六边形的点位坐标为O
nlk
、A
nlk
、B
nlk
、C
nlk
、D
nlk
、E
nlk
，三个下标中，第一个下标n表示六边形所在层数，第二个下标l表示该六边形所属组由左向右的序号，也即该组六边形对应中间层大六边形的序号，第三个下标k表示该六边形在所属组内由左向右的序号；
m1为中间层第一个六边形左侧竖直边的长度，a
111
为O
111
与O
121
之间的间距，b
111
为A
111
与B
111
之间的间距，c
111
为A
121
与B
111
之间的间距、d
111
为中间层第一个六边形右侧竖直边的长度，f
111
为D
111
与E
111
之间的间距，a
121
为O
121
与O
131
之间的间距，b
121
为A
121
与B
121
之间的间距，c
121
为A
131
与B
121
之间的间距，d
121
为中间层第二个六边形右侧竖直边的长度，e
121
为E
111
与C
121
之间的间距，m2为第二层第一个六边形左侧竖直边的长度，n2为C
111
与M2之间的间距，a
211
为O
211
与O
212
...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛立彪，王阳，李志强，王菡，武晓东，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：