一种基于无穷小机构的变形翼骨架结构、机翼及飞机制造技术

本发明专利技术公开了一种压电驱动的大变形变形翼骨架结构、机翼及飞机，所述变形翼结构由至少一个第J阶的无穷小机构构成，所述第J阶无穷小机构包括静平台、动平台以及连接在静平台与动平台之间的3个支链，3个所述支链的延长线交于一点，且满足平面并联无穷小机构高阶约束条件；在至少一个所述支链上设置有调节该支链长度的压电驱动器，所述压电驱动器输出直线位移以驱动所在支链发生轴向相对运动，使所述动平台相对于静平台产生偏转变形。本发明专利技术利用无穷小机构运动放大特性，可以直接实现对压电陶瓷的线性输入达到两个数量级以上的位移放大效果，具有较高的结构效率，有利于实现大变形、质轻、节能的变形翼骨架结构。节能的变形翼骨架结构。节能的变形翼骨架结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无穷小机构的变形翼骨架结构、机翼及飞机


[0001]本专利技术涉及智能变体飞行器结构
,具体涉及一种基于平面并联无穷小机构与压电驱动的变形翼骨架结构。

技术介绍

[0002]智能变形机翼技术具有广阔的应用前景，目前仍是变体飞行器中的研究热点。变形机翼结构能使飞行器在飞行过程中改变外形，以适应宽广变化的飞行环境，完成各种任务使命，有效实施控制，提高飞行器的机动能力，改善飞行性能。智能变形翼使用以压电陶瓷等代表的高能量密度的智能驱动材料，旨在减轻驱动器重量，提高结构承载能力与飞行机动性能。由于压电陶瓷存在输出位移较小的缺点，当前主要使用以桥式放大机构、杠杆式放大机构等对压电陶瓷输出位移进行放大，但是放大效果仅停留在十倍以内，为获得大变形输出，需要使用多级位移放大器。针对当前压电位移放大机构放大幅值有限，输出运动形式单一等问题，本专利提出使用基于并联高阶无穷小机构与压电陶瓷驱动变形翼结构，由于高阶无穷小机构可以实现两个数量级的位移放大效果，可以显著提高变形翼变形幅值，并联机构动平台运动实现指定形式的变形翼变形动作。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种基于平面并联高阶无穷小机构与压电驱动的变形翼骨架结构以及具有该变形翼骨架结构的机翼和飞机，变形翼骨架结构可有效放大压电驱动材料的输入位移，实现变形翼在压电微小位移驱动下输出大变形运动。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种变形翼骨架结构，所述变形翼结构由一个或多于一个阶数相同或阶数不同的无穷小机构构成，所述无穷小机构包括静平台、动平台以及连接在静平台与动平台之间的3个支链，3个所述支链的延长线交于一点；在至少一个所述支链上设置有调节该支链长度的压电驱动器，所述压电驱动器产生直线位移以驱动所在支链发生轴向相对运动，使所述动平台相对于静平台产生偏转变形。
[0006]本专利技术变形翼骨架结构，由静平台、动平台、3个支链及压电驱动器通过转动关节铰链连接而成的无穷小机构组成，压电驱动器产生直线位移驱动所在支链产生轴向相对运动。无穷小机构具有位移放大性能，可以将连杆上压电驱动输入的微小位移运动直接放大为指定位移幅值的动平台转动位移，进一步地，多级并联无穷小机构动平台组合使用可进一步增大位移放大效果与负载能力。
[0007]本专利技术利用并联机构输出运动在实现变形翼变形运动类型诸如变翼型曲率、变翼展曲率，变后掠角功能基础上，利用无穷小机构运动放大特性可以直接实现对压电陶瓷的线性输入位移达到至少两个数量级的位移放大效果，具有较高的结构效率，有利于实现大变形、质轻、节能的变形翼结构。
附图说明
[0008]图1是本专利技术一个实施例的基本单元轴测图；
[0009]图2是本专利技术运动学结构简图；
[0010]图3是本专利技术一个实施例的基本单元侧面图；
[0011]图4是本专利技术一个实施例的基本单元侧面图；
[0012]图5是本专利技术双单元并联组合示意图；
[0013]图6是本专利技术双单元并联组合变形图；
[0014]图7是本专利技术二级四单元并联组合示意图；
[0015]图8是本专利技术二级四单元并联组合变形图；
[0016]图9是本专利技术提供的一个实施例变翼型弯曲示意图；
[0017]图10是本专利技术提供的一个实施例变翼展弯曲示意图；
[0018]图11是本专利技术提供的一个实施例变后掠角弯曲示意图；
[0019]图12是本专利技术提供的一个实施例变后掠角弯曲变形图。
[0020]附图标记说明：
[0021]1、2、3、4
‑
连杆；5
‑
压电驱动器；6
‑
静平台；7
‑
动平台；8
‑
转动关节；9
‑
机身示意；10
‑
机翼示意。
具体实施方式
[0022]本专利技术变形翼结构，包含RR、PRR、RPR、RRP四种运动副支链形式，其中R表述转动副，P表示移动副，其中移动副P由压电驱动器驱动，转动副R即转动关节处可发生转动。在四种支链中选择三个支链并联构成一个基本单元，在其中存在移动副支链中加入压电驱动器。
[0023]本专利技术的设计思路如下，参见图2：
[0024]对一平面3
‑
RR并联机构进行设计，使得其结构满足高阶(高于一阶，非无穷阶)无穷小机构特征，即动平台可在不改变支链长度的情况相对静平台大范围转动，动平台各阶速度、加速度与高阶加速度与支链力旋量满足以下约束关系：
[0025][0026]其中，符号
°
表示旋量互易积，一个力旋量与运动旋量的互易积定义为与分别表示S
i
的一阶与二阶时间导数。
[0027]规定第i个支链的力旋量表示为：
[0028]s
i
＝[n
i1
‑
n
i2
；n
i2
×
n
i1
][0029]其中，n
i1
与n
i2
分别表示支链i所对应的两个节点坐标矢量，假定动平台运动旋量为V＝[ω；υ]，ω表示动平台角速度矢量，υ表示动平台与坐标原点重合点的速度矢量，速度旋量以及超加速度旋量等分别表示为与等，则对于第j阶无穷小机构，上述高阶约束方程存在非零解。
[0030]对于平面并联二阶无穷小机构，在初始构型所有支链所在轴线汇交一点，且支链
具有以下解析关系，
[0031][0032]其中，O表示支链汇交点，r
OD
与r
Od
分别表示节点D与d到交点O距离,r
OB
与r
Ob
分别表示节点B与b到到交点O距离,r
OE
与r
Oe
分别表示节点E与e到交点O距离，角度θ1与θ2分别表示支链bB、eE与支链dD之间的夹角。
[0033]根据动平台运动与支链高阶无穷小伸长符号关系，选择具有正向伸长的支链作为压电驱动输入支链，其余支链保持杆长不变。所示变形翼在压电驱动下动平台将产生大变形运动。
[0034]本专利技术提供三个实施例，但不限于三种实施例，具体实施方式可根据实际使用需求进行改进。
[0035]图1是本专利技术一个实施例的一种基本单元，包含静平台6、动平台7、4个连杆(1
‑
4)以及一个压电驱动器5，静平台6和动平台7由4个连杆(1
‑
4)连接通过转动关节R连接，连杆1和连杆2之间为移动副P，移动副P由压电驱动器5驱动，连杆3和连杆4各作为一个支链。上述三个支链包含RR、RPR两种运动副支链形式，其中连杆4与连杆3位于RR支链，连杆1、压电驱动器5与连杆2位于RPR支链。静平台6与动平台7仅针对单个并联无穷小机构而言，其外形不做具体要求，满足机翼外形即可，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电驱动的大变形变形翼结构，其特征在于，所述大变形变形翼结构由一个或多于一个阶数相同或阶数不同的无穷小机构构成，所述无穷小机构包括静平台(6)、动平台(7)以及连接在静平台(6)与动平台(7)之间的3个支链，3个所述支链的延长线交于一点；在至少一个所述支链上设置有调节该支链长度的压电驱动器(5)；所述压电驱动器(5)产生直线位移驱动所在支链发生轴向相对运动，使所述动平台(7)相对于静平台(6)产生偏转变形。2.根据权利要求1所述的大变形变形翼结构，其特征在于，设置有压电驱动器(5)的支链由两个连杆构成，压电驱动器(5)设置在两个连杆之间；未设置有压电驱动器(5)的支链由1个连杆构成。3.根据权利要求2所述的压电驱动的大变形变形翼结构，其特征在于，第J阶所述无穷小机构使用旋量理论方法得到，规定第i个支链的力旋量S
i
表示为：S
i
＝[f；m]＝[n
i1
‑
n
i2
；n
i2
×
n
i1
]其中，n
i1
与n
i2
分别表示支链i所对应的两个节点坐标矢量；f表示力旋量主部，表示力旋量所在方向矢量；m表示力旋量副部，表示力矢量f对原点的距量；对于第J阶无穷小机构以下高阶约束方程存在非零解：其中，V为动平台运动旋量，V＝[ω；υ]，ω表示动平台角速度矢量，v表示动平台上与参考坐标原点相重合的一点的速度矢量；表示速度旋量的时间导数，即加速度旋量，表示加速度旋量时间导数，表示速度旋量三阶时间导数；与分别表示S
i
的一阶与二阶时间导数；符号
°
表示旋量互易积，一个力旋量S
i
＝[f；m]与运动旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建国，吴立恒，徐华飞，钟秋玥，冯健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：