【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天领域，具体涉及一种基于环境响应的航空发动机柔性叶片及其控制方法。
技术介绍
1、航空发动机柔性叶片相对于传统的刚性叶片具有优异的强度和稳定性，其可通过变形和振动的方式来消除共振和失稳等问题，提高航空发动机的效率、性能、寿命、稳定性和可靠性，同时降低噪音和振动，在航空航天领域柔性叶片对于航空发动机的提升十分巨大。然而，目前大部分的柔性叶片存在着在弯曲过程中出现拐点的情况，具体表现为叶片在弯曲时出现突兀的转折或者不连续的变化，这会使得柔性叶片的寿命和效率大打折扣；另外，现有的柔性叶片在可控弯曲方面也存在着响应不及时、弯曲不到位等问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于环境响应的航空发动机柔性叶片，旨在解决现有的柔性叶片在弯曲过程中容易出现拐点的问题。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于环境响应的航空发动机柔性叶片，包括叶片蒙皮、叶片桁架和驱动机构；
3、所述叶片蒙皮为翼型结构，其包括前端平滑过渡连接在一起的第一蒙皮和第二蒙皮；所述第一蒙皮和第二蒙皮之间形成有叶片腔；
4、所述叶片桁架设置在叶片腔中；
5、所述叶片桁架包括固定杆和绳架机构；
6、所述固定杆铰接设置在叶片腔的前端；
7、所述绳架机构包括第一波浪绳、第一线性绳、第二波浪绳和第二线性绳，所述第一波浪绳、第一线性绳、第二波浪绳和第二线性绳均为具有可逆变形能力的刚性绳；
8、所述第一波浪绳由至少两个
9、所述第一线性绳分别与各第一拱形绳段的拱顶连接，所述第一线性绳的前端与第一波浪绳的前端和/或固定杆连接；
10、所述第二波浪绳由至少两个第二拱形绳段依次连接构成，所述第二拱形绳段凸向第一蒙皮；所述第二波浪绳的前端与固定杆连接，各所述第二拱形绳段彼此连接的部位及第二波浪绳的后端均通过第二支撑杆与第二蒙皮活动连接；
11、所述第二线性绳与第一线性绳相对应并分别与各第二拱形绳段的拱顶连接，且所述第二线性绳的前端与第二波浪绳的前端和/或固定杆连接；
12、所述驱动机构分别与第一线性绳的后端和第二线性绳的后端连接；所述驱动机构能够牵拉第一线性绳并放松第二线性绳以使该柔性叶片转变为向上弯曲状态，并能够牵拉第二线性绳并放松第一线性绳以使该柔性叶片转变为向下弯曲状态。
13、进一步的，所述叶片腔的前端设置有夹持件，所述固定杆与夹持件铰接。
14、进一步的，所述绳架机构至少为两个，并沿叶片腔的宽度方向间隔分布。
15、进一步的，所述驱动机构包括旋转杆和舵机；
16、所述旋转杆可转动地设置在叶片腔的后端，其具有可摆动的第一连接部和第二连接部，且所述旋转杆转动过程中第一连接部和第二连接部摆动的方向相反；
17、所述第一线性绳的后端通过第一连杆与第一连接部活动连接；
18、所述第二线性绳的后端通过第二连杆与第二连接部活动连接；
19、所述舵机与旋转杆传动连接，并可驱使旋转杆往复转动。
20、进一步的，所述第一连接部为处于旋转杆上侧的带孔凸台；
21、所述第二连接部为处于旋转杆下侧的带孔凸台；
22、所述第一连杆的后端通过连杆销与第一连接部铰接；
23、所述第二连杆的后端通过连杆销与第二连接部铰接。
24、本专利技术还提供了一种基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，通过控制系统对柔性叶片进行控制，所述柔性叶片为上述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片；
25、该控制方法包括：
26、预设涵道风速和转子转速的初始值；
27、预设柔性叶片的初始叶片角度值；
28、实时监测涵道的主要数据，并将数据传回控制系统，以此计算出最合适的叶片角度值和方向；
29、判断初始叶片角度值与最合适的叶片角度值之差是否在叶片角度差值允许范围内；
30、若不在，则将差值转化为舵机需要旋转的角度及方向，并以此生成指令控制舵机工作。
31、进一步的，该控制方法还包括：
32、实时监测柔性叶片的相关参数，并将数据传回控制系统；
33、判断监测到的柔性叶片的相关参数是否超出预设的安全范围；
34、若超出，则进行报警，并通过预设的安全调整指令控制舵机工作。
35、进一步的，叶片角度值至少包括航空发动机处于起飞、匀速、降落三种状态下的值；
36、柔性叶片的相关参数包括工作状态下叶片的温度、应力、振幅和频率中的至少一种。
37、进一步的，所述舵机需要旋转的角度与柔性叶片的弯曲变形角度之间的关系按以下公式进行控制；
38、
39、公式中，γ表示柔性叶片的弯曲变形角度，r表示旋转杆转动时所画圆形轨迹的半径，θ表示舵机驱动旋转杆转动的角度，d表示第一线性绳与第二线性绳之间的最大距离，l表示第一线性绳的前端至其与最后侧第一拱形绳段相连部位之间的距离。
40、进一步的，所述控制系统包括计算机控制模块、舵机控制模块、叶片传感器、涵道传感器和报警模块；
41、所述计算机控制模块，用于接收叶片传感器和涵道传感器获取的数据并进行数据处理，同时用于对舵机控制模块和报警模块进行控制；
42、所述舵机控制模块，用于控制舵机的旋转方向和旋转角度，从而实现对柔性叶片的弯曲变形方向和弯曲变形角度的控制；
43、所述叶片传感器，用于获取工作状态下柔性叶片的温度、应力和振动的实时参数；
44、所述涵道传感器，用于获取工作状态下航空发动机的涵道风速和转子转速的实时参数；
45、所述报警模块，用于在柔性叶片的温度、应力和振动的实时参数超出预设的安全范围时，接收计算机控制模块的指令以发出报警信号。
46、本专利技术的有益效果如下：
47、1)该柔性叶片通过由至少两个第一拱形绳段依次连接构成的第一波浪绳及由至少两个第二拱形绳段依次连接构成的第二波浪绳对叶片蒙皮进行连接和支撑，可以使得柔性叶片在弯曲过程中保持流线型的形状，避免出现突兀的转折或者不连续的变化；同时，通过第一线性绳和第二线性绳分别与各自对应的第一拱形绳段和第二拱形绳段的拱顶连接，利用第一线性绳和第二线性绳驱使柔性叶片弯曲过程中，可以协调各拱形绳段的变形，保证柔性叶片整体弯曲时形状变化的连续性；进而，通过驱动机构分别控制第一线性绳和第二线性绳的张紧松弛状态，即可实现柔性叶片向上或向下平缓地弯曲；另外，通过固定杆、第一支撑杆和第二支撑杆使得绳架机构与叶片蒙皮活动连接，可以在保证柔性叶片整体结构刚度的同时，给予柔性叶片必要的变形自由度，以更好地适应环境条件带来的力量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于环境响应的航空发动机柔性叶片，包括叶片蒙皮、叶片桁架和驱动机构；
2.根据权利要求1所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述叶片腔(130)的前端设置有夹持件(131)，所述固定杆(210)与夹持件(131)铰接。
3.根据权利要求1所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述绳架机构至少为两个，并沿叶片腔(130)的宽度方向间隔分布。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述驱动机构包括旋转杆(310)和舵机(320)；
5.根据权利要求4所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述第一连接部(311)为处于旋转杆(310)上侧的带孔凸台；
6.基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，其特征在于：通过控制系统对柔性叶片(440)进行控制，所述柔性叶片(440)为权利要求4或5所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片；
7.根据权利要求6所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，其特征在于，该控制方法还包
8.根据权利要求7所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，其特征在于：
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，其特征在于：所述舵机(320)需要旋转的角度与柔性叶片(440)的弯曲变形角度之间的关系按以下公式进行控制；
10.根据权利要求9所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，其特征在于：所述控制系统包括计算机控制模块(410)、舵机控制模块(420)、叶片传感器(450)、涵道传感器(460)和报警模块(470)；
...【技术特征摘要】
1.基于环境响应的航空发动机柔性叶片，包括叶片蒙皮、叶片桁架和驱动机构；
2.根据权利要求1所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述叶片腔(130)的前端设置有夹持件(131)，所述固定杆(210)与夹持件(131)铰接。
3.根据权利要求1所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述绳架机构至少为两个，并沿叶片腔(130)的宽度方向间隔分布。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述驱动机构包括旋转杆(310)和舵机(320)；
5.根据权利要求4所述的基于环境响应的航空发动机柔性叶片，其特征在于：所述第一连接部(311)为处于旋转杆(310)上侧的带孔凸台；
6.基于环境响应的航空发动机柔性叶片的控制方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，高源，林金铭，赵武，于淼，郭鑫，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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