【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天机翼领域或者形状记忆材料领域，尤其涉及一种基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼及控制方法。
技术介绍
1、安装角，指机翼相对机身纵轴的倾斜角度，主要包括上反角和下反角。这两者对飞机的飞行性能和稳定性具有显著影响。上反角是指机翼下表面与垂直于飞机立轴的平面之间的夹角。上反角的设计目的是增加飞机的稳定性。在受到不稳定气流影响时，上反角有助于飞机自动恢复稳定状态。此外，上反角还能提高飞机的俯仰稳定性，使其在受到扰动时能够迅速恢复正常飞行。下反角是指机翼上表面与垂直于飞机立轴的平面之间的夹角。下反角的作用是降低飞机的稳定性，从而提高其机动性。在需要进行滚转运动时，下反角有助于减小飞机的稳定力，使其更容易完成滚转动作，更具操作性。
2、然而，现有的反角机翼仍具有诸多缺陷，在实际应用中面临诸多问题。最大的问题便是不可便捷地随意变更并进行精确控制。过大或设计不合理的上反角会导致飞行操控性的严重缺失，甚至影响正常的转向等基础操作；同理，过大的下反角会导致飞机稳定性不足，难以进行细微操控。这也意味着飞行员需通过飞行控制系统来调节反角，以保持飞机的稳定飞行，但调节系统通常以机械形式存在，并由整组拖动，设计复杂也导致维护困难，无法轻易进行收纳操作；同时机械结构结构体积大，无法轻易进行收纳操作；自重大，严重影响飞机的机载性能，无法应用在轻量、中小型化的飞行装置上。同时反角作为安装角，导致其现有的控制系统设计中大多只涉及单方向的控制，如只能在上反角或下反角的基础上进行相应的调整，无法同时进行上/下反角间的切换和反
3、针对这些适应性要求和操作性要求以及市场需求，研究人员逐渐开始设计出不同的针对机翼的变反角设计方案；
4、如现有技术中公开了一种双驱动可变展长与上下反角的机翼，解决了现有低速飞行器无法同时实现翼展伸缩与展向变弯曲的问题，此专利技术主要用于机翼的变展长与上下反角，虽然也可实现变反角功能，但只能应用于低速飞行器上，且使用到了大量的机械结构，结构占比过大过于笨重，且不能进行机翼的收纳，不能满足当前对于飞行器如充气飞机的轻量化、小型化要求；
5、如现有技术中公开了一种多翼型航模飞机机翼上反角同步调整装置，机翼上反角调节精确，通过机翼调整机构对不同类型的机翼进行快速安装和上反角的精准同步调节，通过机身调整机构实现对机身的可靠安装，方便可靠，组装快速稳定，虽然实现了上反角的精确控制，但是无法进行上/下反角间的互相切换，使用场景单一，无法应对多种飞行状况；
6、如现有技术中公开了一种可沿展向变体折叠与展开的机翼，利用驱动组件驱动第一调整件和第二调整件绕转动件转动以实现机翼的变体折叠、展开与反角调整，明具有巡航效率高、有效载荷大、控制效能强、抗扰能力好、起降场地需求低、机翼结构刚度强度大的优点。但机翼形态受限，只能应用于垂直起降飞行器；可变反角形态，但无法进行微调，只能固定在20°，使用场景受限。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼及控制方法，最大化减少机械结构，适用于中小型化飞机的轻量化和简约化，易维护；可以实现在面对不同飞行需求时变反角，选择面向横向稳定性需求的上反角和面向纵向机动性的下反角，并可以在飞行特性选择的基础上同时针对具体环境再进行机翼反角角度的细微调节；并可以对机翼结构进行折叠，减少空间占用。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，包括机翼外壳、控制系统和泵；
4、所述机翼外壳包括骨架、弹性体电热层和柔性蒙皮，所述骨架包括翼肋和翼梁，若干并排分布的所述翼肋两侧分别通过翼梁形成机翼外轮廓骨架；所述骨架外轮廓包裹柔性蒙皮；所述翼梁上设有电响应形状记忆聚合物，用于使翼梁产生形变；
5、相邻所述翼肋之间的机翼外轮廓内部对称安装互不导通的上部气囊和下部气囊；相邻所述上部气囊之间相互连通，相邻所述下部气囊之间相互连通；机翼外轮廓一端的上部气囊和下部气囊分别与泵连接；所述控制系统控制电响应形状记忆聚合物导电，使翼梁产生热变形；所述控制系统控制泵使上部气囊或下部气囊负压，用于改变机翼的上或下反角。
6、进一步，所述翼梁内置碳纤维电热层，所述碳纤维电热层作为一级电热层；所述翼梁内侧设有弹性体电热层，所述弹性体电热层材料为电响应形状记忆聚合物；所述弹性体电热层作为二级电热层，所述控制系统选择性的电刺激一级电热层和二级电热层，用于使翼梁变形。
7、进一步，所述弹性体电热层内设有银纳米线，所述银纳米线为弹性体电热层的刺激源；所述弹性体电热层内部弹性体为拉伸弹性体，具有向内收缩的预应力，为机翼的上或下反角的形态控制提供副驱动力，用于反角精细控制。
8、进一步，所述翼梁横截面为梯形的形状记忆材料，梯形的所述翼梁中心设有碳纤维材料的电热层；通过电刺激碳纤维材料的电热层，使梯形的形状记忆材料产生形状恢复力，从而使翼梁变形。
9、进一步，梯形的所述翼梁的梯形长边位于机翼外侧，梯形的所述翼梁的梯形短边位于机翼内侧，用于使得结构应力朝向机翼中心线。
10、进一步，所述泵为变温度高压型空气泵，用于输出热空气或冷空气，所述泵吸气使上部气囊或下部气囊形成负压，利用负压使上部气囊或下部气囊产生收缩力，为驱动机翼朝上或下反角形态变形提供主驱动力，用于反角粗略控制。
11、进一步，所述上部气囊与机翼外轮廓骨架的上翼梁连接，所述下部气囊与机翼外轮廓骨架的下翼梁连接，通过泵输出的热空气与骨架热交换，当上部气囊和下部气囊收缩时，带动机翼外轮廓骨架进行收缩折叠。
12、进一步，所述机翼外轮廓骨架的外形为naca翼型结构；所述控制系统控制上部气囊或下部气囊收缩，改变机翼的反角变化范围为-20°～20°。
13、一种基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼的控制方法，包括如下步骤：
14、反角粗略控制：控制系统电刺激一级电热层，使一侧的翼梁加热降低模量，利用泵对一侧翼梁内所对应的气囊抽气，使机翼外轮廓骨架内上部气囊与下部气囊内的气压产生差异，利用压力不同使一侧的翼梁向低压侧发生弯曲变形；
15、反角精确控制：控制系统电刺激二级电热层，弹性体电热层中弹性体的收缩产生向内收缩的预应力，使一侧的翼梁向外侧发生小幅变形。
16、本专利技术的有益效果在于：
17、1.本专利技术所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，通过使用4d打印技术完成机翼骨架以及变形结构的设计，极大简化常见折叠式充气机翼的生产流程，免去大量繁复的机械结构，简化结构设计的同时降低生产成本和维修成本，同时也可以根据结构上的应用按需进行添加和改装，满足轻量化和简约化要求。
18、2.本专利技术所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，所述翼梁内置碳纤维电热层，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，包括机翼外壳、控制系统和泵(6)；
2.根据权利要求1所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述翼梁(1-2)内置碳纤维电热层，所述碳纤维电热层作为一级电热层；所述翼梁(1-2)内侧设有弹性体电热层(2)，所述弹性体电热层(2)材料为电响应形状记忆聚合物；所述弹性体电热层(2)作为二级电热层，所述控制系统选择性的电刺激一级电热层和二级电热层，用于使翼梁(1-2)变形。
3.根据权利要求2所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述弹性体电热层(2)内设有银纳米线，所述银纳米线为弹性体电热层(2)的刺激源；所述弹性体电热层(2)内部弹性体为拉伸弹性体，具有向内收缩的预应力，为机翼的上或下反角的形态控制提供副驱动力，用于反角精细控制。
4.根据权利要求2所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述翼梁(1-2)横截面为梯形的形状记忆材料，梯形的所述翼梁(1-2)中心设有碳纤维材料的电热层；通过电
5.根据权利要求4所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，梯形的所述翼梁(1-2)的梯形长边位于机翼外侧，梯形的所述翼梁(1-2)的梯形短边位于机翼内侧，用于使得结构应力朝向机翼中心线。
6.根据权利要求1所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述泵(6)为变温度高压型空气泵，用于输出热空气或冷空气，所述泵(6)吸气使上部气囊(3)或下部气囊形成负压，利用负压使上部气囊(3)或下部气囊产生收缩力，为驱动机翼朝上或下反角形态变形提供主驱动力，用于反角粗略控制。
7.根据权利要求1所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述上部气囊(3)与机翼外轮廓骨架的上翼梁连接，所述下部气囊与机翼外轮廓骨架的下翼梁连接，通过泵(6)输出的热空气与骨架(1)热交换，当上部气囊(3)和下部气囊收缩时，带动机翼外轮廓骨架进行收缩折叠。
8.根据权利要求1所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述机翼外轮廓骨架的外形为NACA翼型结构；所述控制系统控制上部气囊(3)或下部气囊收缩，改变机翼的反角变化范围为-20°～20°。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼。
...【技术特征摘要】
1.一种基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，包括机翼外壳、控制系统和泵(6)；
2.根据权利要求1所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述翼梁(1-2)内置碳纤维电热层，所述碳纤维电热层作为一级电热层；所述翼梁(1-2)内侧设有弹性体电热层(2)，所述弹性体电热层(2)材料为电响应形状记忆聚合物；所述弹性体电热层(2)作为二级电热层，所述控制系统选择性的电刺激一级电热层和二级电热层，用于使翼梁(1-2)变形。
3.根据权利要求2所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述弹性体电热层(2)内设有银纳米线，所述银纳米线为弹性体电热层(2)的刺激源；所述弹性体电热层(2)内部弹性体为拉伸弹性体，具有向内收缩的预应力，为机翼的上或下反角的形态控制提供副驱动力，用于反角精细控制。
4.根据权利要求2所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，所述翼梁(1-2)横截面为梯形的形状记忆材料，梯形的所述翼梁(1-2)中心设有碳纤维材料的电热层；通过电刺激碳纤维材料的电热层，使梯形的形状记忆材料产生形状恢复力，从而使翼梁(1-2)变形。
5.根据权利要求4所述的基于电响应形状记忆聚合物的可变反角的充气折叠机翼，其特征在于，梯形的所述翼梁(1-2)的梯形...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄舒，钱正奇，张航，张军辉，张友青，王程，薛彬，杨宏伟，梁朝旭，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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