【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能变形蒙皮领域，特别是涉及一种分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构及其变形方法。
技术介绍
1、传统飞行器设计理念重视飞行器结构的强度和刚度，飞行器结构一般采用固定形态的外壳和桁架构成，以合金构成的桁架结构和蒙皮使飞行器重量较重，影响飞行器的外形尺寸、动力性能和飞行续航。小型飞行器在飞行中常受到复杂空域的影响，采用固定翼构型的飞行器难以在复杂空域内低速巡航，垂直起降的旋翼构型飞行器又存在平飞升力不足的问题。随飞行器技术发展，动态地改变飞行器几何外形、机械特性、动力特性的“变体飞行器”概念诞生，此类飞行器在飞行中通过先进材料、作动器和传感器组成的系统，动态改变自身结构和力学特性，在飞行中根据不同空域和任务条件变构。
2、随新型智能材料和结构技术发展，机体变形技术向智能化、轻量化和柔性化方向发展，采用智能柔性材料构建机体关键部件，特别是机翼蒙皮的研究逐渐发展和实现。目前能实现轻量化设计的智能柔性材料存在强度差、功率密度低和位移量小的问题，使智能柔性蒙皮陷入柔性变形和刚性承载的矛盾；多数智能柔性蒙皮属于被动变形，在需要根据任务需求主动调整姿态时缺乏主动作动能力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构及其变形方法，以解决上述现有技术存在的问题，其采用可塑形的蒙皮主体结构为基本结构，以柔性索提供主动操纵作动手段并提高蒙皮强度，实现蒙皮结构的高效主动驱动。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一
3、优选的，所述柔性索位于所述安装通道内的部分与所述安装曲面在该位置的竖直平面截交线形状相同，所述柔性索装配前的总长度不低于所述安装曲面与竖直平面截交线长度的1.1倍。
4、优选的，所述柔性索在所述蒙皮主体结构外部留有长度余量。
5、优选的，所述柔性索的外径与所述安装通道的内径相匹配。
6、优选的，所述蒙皮主体结构在竖直方向上的投影为矩形，各所述安装曲面上的所述安装通道分别与对应的所述蒙皮主体结构的侧面相平行。
7、优选的，相邻两所述安装曲面上的所述安装通道的垂向距离不小于三倍所述安装通道直径。
8、优选的，所述收卷机构包括卷绕结构及驱动所述卷绕结构转动的舵机，所述柔性索的端部固定在所述卷绕结构上，并随所述卷绕结构的转动缠绕在所述卷绕结构上或与所述卷绕结构相分离。
9、优选的，所述舵机与所述卷绕结构之间连接有防倒转的自锁结构。
10、优选的，所述蒙皮主体结构采用形状记忆的聚合物复合材料制作而成。
11、还提供一种分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构的变形方法，其特征在于，包括如下变形方式：
12、卷曲变形：舵机驱动卷绕结构转动使得柔性索达到最小张力和最大长度，蒙皮主体结构受预应力影响，维持初始的曲面六面体形状；
13、单向展平变形：通过舵机驱动沿同一方向延伸的柔性索对应的卷绕结构转动，令对应的所述柔性索达到最大张力和最小长度，并在对应的安装通道内呈现为接近直线的张紧状态，另一方向的所述柔性索则不做驱动，所述蒙皮主体结构在对应的所述柔性索张紧的方向上展平，在另一方向上维持原有的曲率；
14、特定曲面形状变形：将卷曲变形和单向展平变形结合，相应的舵机进行卷绕驱动，即可形成所需的特定曲面形状。
15、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
16、整个装置的主动变形操纵以高强度轻量化的柔性索为传力结构，收卷机构连接在柔性索一端，通过收卷增大柔性索张力，使柔性索收缩并将应力传递给蒙皮主体结构，使蒙皮主体结构在外部应力的作用下抵消其内部预应力，由卷曲结构变换为展平结构。在反动作减小柔性索张力时，受蒙皮主体结构自身聚合物复合材料呈现出形状记忆特性，预应力使蒙皮主体结构恢复至卷曲结构。进一步的，蒙皮主体结构能在相互垂直的两个方向上进行多自由度的外形改变，在单个方向上的卷曲结构和展平结构相互转换，具备分布式驱动的主动变形能力，在安装于飞行器上时能通过智能主动变形，改变飞行器的外形构造以适应不同的气动需求。
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1.一种分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，包括外形呈曲面六面体且可塑形的蒙皮主体结构，所述蒙皮主体结构的侧面竖直延伸，所述蒙皮主体结构的顶面和底面为结构相同的曲面形状，所述蒙皮主体结构内部中心处设有至少两层安装曲面，各所述安装曲面沿竖直方向等间隔分布，并均平行于所述蒙皮主体结构的顶面和底面，所述安装曲面处阵列开设有若干与其平行且贯穿所述蒙皮主体结构的安装通道，各所述安装通道同向延伸且等距分布，两所述安装曲面上的所述安装通道垂直分布，所述安装通道内设有柔性索，所述柔性索的两端分别伸出所述安装通道的两端，且所述柔性索伸出所述安装通道的一端连接在位于所述蒙皮主体结构外侧的固定机构上，所述柔性索伸出所述安装通道的另一端连接在位于所述蒙皮主体结构外侧的收卷机构上，所述柔性索随所述收卷机构的转动而张紧或展开。
2.根据权利要求1所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述柔性索位于所述安装通道内的部分与所述安装曲面在该位置的竖直平面截交线形状相同，所述柔性索装配前的总长度不低于所述安装曲面与竖直平面截交线长度的1.1倍。
3.根据权利要求1或2
4.根据权利要求3所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述柔性索的外径与所述安装通道的内径相匹配。
5.根据权利要求4所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮主体结构在竖直方向上的投影为矩形，各所述安装曲面上的所述安装通道分别与对应的所述蒙皮主体结构的侧面相平行。
6.根据权利要求5所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，相邻两所述安装曲面上的所述安装通道的垂向距离不小于三倍所述安装通道直径。
7.根据权利要求6所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述收卷机构包括卷绕结构及驱动所述卷绕结构转动的舵机，所述柔性索的端部固定在所述卷绕结构上，并随所述卷绕结构的转动缠绕在所述卷绕结构上或与所述卷绕结构相分离。
8.根据权利要求7所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述舵机与所述卷绕结构之间连接有防倒转的自锁结构。
9.根据权利要求8所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮主体结构采用形状记忆的聚合物复合材料制作而成。
10.一种应用如权利要求1至9任一项所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构的变形方法，其特征在于，包括如下变形方式：
...【技术特征摘要】
1.一种分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，包括外形呈曲面六面体且可塑形的蒙皮主体结构，所述蒙皮主体结构的侧面竖直延伸，所述蒙皮主体结构的顶面和底面为结构相同的曲面形状，所述蒙皮主体结构内部中心处设有至少两层安装曲面，各所述安装曲面沿竖直方向等间隔分布，并均平行于所述蒙皮主体结构的顶面和底面，所述安装曲面处阵列开设有若干与其平行且贯穿所述蒙皮主体结构的安装通道，各所述安装通道同向延伸且等距分布，两所述安装曲面上的所述安装通道垂直分布，所述安装通道内设有柔性索，所述柔性索的两端分别伸出所述安装通道的两端，且所述柔性索伸出所述安装通道的一端连接在位于所述蒙皮主体结构外侧的固定机构上，所述柔性索伸出所述安装通道的另一端连接在位于所述蒙皮主体结构外侧的收卷机构上，所述柔性索随所述收卷机构的转动而张紧或展开。
2.根据权利要求1所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述柔性索位于所述安装通道内的部分与所述安装曲面在该位置的竖直平面截交线形状相同，所述柔性索装配前的总长度不低于所述安装曲面与竖直平面截交线长度的1.1倍。
3.根据权利要求1或2所述的分布式驱动主动变形飞行器蒙皮结构，其特征在于，所述柔性索在所述蒙皮主体结构外部留有长度余量。
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【专利技术属性】
技术研发人员：马越，严骁，步智恒，唐牧城，徐丽丽，史中杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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