[發明專利]一種飛行器變形蒙皮

無效

• 申請號: 201210175459.6
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102700704A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 裘進浩;王晨;季宏麗;聶瑞;鄧文
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C1/12
• 分類號: B64C1/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種飛行器蒙皮，尤其涉及一種用于智能可變體飛行器的蒙皮。

背景技術

飛行器蒙皮在飛行器結構中起到保持光滑的氣動表面，并傳遞局部氣動載荷的作用。目前，傳統的飛行器蒙皮一般由強度和剛度較高的金屬材料或復合材料制得，并且在蒙皮的內側有桁條提供支撐，構成飛行器的壁板。近年來，國內外對于智能可變體飛行器的研究逐步深入。所謂智能可變體飛行器是指根據飛行環境和飛行任務的變化主動改變自身外形適應這種變化以實現飛行器性能的提升。由于機翼(旋翼)是決定飛機(直升機)性能的主要部件，所以一般針對機翼(旋翼)展開智能可變體研究。從變形尺度來看，可變形飛行器包括大尺度變形(如改變機翼展長以實現翼面積的大幅度改變)、中等尺度變形(如改變機翼前后緣的彎度)和小尺度變形(如進行局部流場的控制)三種。可變體飛行器外形可變的特點對其蒙皮提出了新的要求。用于智能可變體飛行器的蒙皮需要滿足的要求包括以下三點：一是較高的彈性極限，即蒙皮可以發生較大的變形而不進入塑性段；二是彈性模量要相對較低，以降低對驅動力的要求；三是要能夠傳遞氣動載荷。張元明、趙鵬飛(《單塊式玻璃鋼蜂窩夾層結構機翼設計》，玻璃鋼/復合材料，1995年4月)介紹了小型無人機單塊式玻璃鋼蜂窩夾層結構機翼的結構設計方法，并給出了機翼的強度試驗結果和裝機飛行結果。尹維龍等人(尹維龍、孫啟建、張波、劉京藏、冷勁松，《形狀記憶聚合物在可變形飛行器上的應用》，第十五屆全國復合材料學術會議論文集，2008年7月)研制了形狀記憶聚合物來實現蒙皮的大變形，但其承載能力有限。劉穎卓等(劉穎卓、張永存、劉書田、王向明，《考慮復合材料蒙皮穩定性的飛機翼面結構布局優化設計》，航空學報，2010年10月)針對多墻式翼面結構，建立了一種考慮復合材料蒙皮穩定性的翼面結構布局優化問題的數學模型。徐志偉等人(戚健龍，徐志偉，朱倩，張磊，《變體機翼大變形梯形蒙皮結構研究》，功能材料，2011年第1期，42卷)建立了梯形蒙皮結構的力學分析數學模型，與有限元仿真分析結果進行了比較和分析。劉力搏等人(劉力搏，《基于可變形蒙皮的柔性后緣力學分析》，哈爾濱工業大學碩士學位論文，2011年)用數值方法模擬前后緣變彎度機翼，得到其升力、阻力、俯仰力矩等參數，并與傳統偏折前后緣機翼進行對比，得出變彎度機翼的氣動特性。周春華等(周春華、王幫峰、劉曌、寧素娟、牟常偉，《波紋型復合材料蒙皮拉伸變形特性研究與仿真分析》，2011年11月)利用MSC.Patran/Nastran對此波紋型結構進行了有限元仿真分析，并進行了樣件拉伸試驗，，驗證了仿真模型的正確性與波紋型蒙皮的大變形能力。

發明內容

技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種用于智能可變體飛行器的蒙皮，該蒙皮可在較低驅動力下實現較大的彈性形變，并且可根據實際需要實現平面內的一維變形和局部變形。

技術方案

為了解決上述的技術問題，本發明的飛行器變形蒙皮由多個連續的蜂窩單元連接組成，各個蜂窩單元之間呈周期性排列，具有周期性結構，所述的蜂窩單元中填充有彈性基體。

優選地，所述的彈性基體材料為聚氨酯材料，可以為聚醚型或聚酯型材料。聚氨酯彈性體是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團的大分子化合物，通過調節原料的比例對彈性體的硬度、伸長極限以及其他性能進行調整以適應不同的使用場合，由于聚氨酯彈性體具有較高的彈性極限和較低的彈性模量，使得可變形蒙皮可以在較低的驅動力作用下發生較大的彈性變形；同時聚氨酯彈性體具有電致伸縮效應，即在外加電場的作用下，可以發生形變，實現變形蒙皮的局部變形。

優選地，所述的蜂窩單元為六邊型蜂窩單元，也可以是具有負泊松比的六邊形蜂窩單元，每個蜂窩單元中都填充有所述的彈性基體。

所述的蜂窩單元本身具有一定的強度，一般由熱固性塑料制成，也可能選取其他具有較高屈服極限的金屬制成。

在本技術方案的基于彈性基體的變形蒙皮中，所述的蜂窩結構埋在彈性基體中，構成一種蜂窩增強彈性體，使得其既有較好的變形能力(由彈性基體提供)，又具有抗彎的能力(由蜂窩提供)。

更進一步地，為了使本發明的變形蒙皮具有更好的性能，在所述連續的蜂窩單元兩側分別設置有彈性面板，即彈性面板與連續蜂窩單元構成一個復合結構，可使用在飛行速度較快的飛行器上。在該復合結構中，彈性面板對蜂窩單元和蜂窩單元中填充的彈性基體進行保護，增加了變形蒙皮整體的承載的能力，同時也作為變形蒙皮中彈性體產生電致伸縮時的電極。所述的彈性面板可以是由聚氨酯直接制成的彈性面板，也可以是由碳纖維復合材料與彈性體復合而成的柔性復合材料面板。