[發(fā)明專利]一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310087915.6
• 申請(qǐng)日: 2013-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN103158860A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李承澤;尹維龍;王長(zhǎng)國;李建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C3/38
• 分類號(hào): B64C3/38;B64C3/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用兩種驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的可變后緣的變體機(jī)翼，屬于變體飛行器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

飛機(jī)發(fā)明至今，如何提高飛機(jī)的氣動(dòng)性能一直是飛機(jī)設(shè)計(jì)師研究的重要內(nèi)容之一。目前定翼機(jī)的機(jī)翼都是按照固定的角度從機(jī)身向外伸展，足夠堅(jiān)固，飛行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大的移動(dòng)或扭曲，盡管它具有用于提高飛行效率的前、后緣襟翼這些氣動(dòng)操作件，但其本身仍然是剛性表面，難以根據(jù)飛行時(shí)的飛行條件改變機(jī)翼的特征，飛機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)效率得不到最優(yōu)化。而自然界中的鳥翼卻可以隨時(shí)根據(jù)飛行的需要進(jìn)行微妙的調(diào)整，達(dá)到令人驚嘆的高效率。以智能材料與結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的變體機(jī)翼將是解決傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)翼和感覺靈敏的鳥類翅膀之間的差距這一問題的有效方法。它將新型智能材料、新型作動(dòng)器、激勵(lì)器、傳感器無縫地綜合應(yīng)用于飛行器機(jī)翼，通過應(yīng)用靈敏的傳感器和作動(dòng)器，光滑而持續(xù)地改變機(jī)翼的形狀，對(duì)不斷改變的飛行條件做出響應(yīng)，從而可使飛機(jī)像鳥一樣隨意地在空中進(jìn)行盤旋、倒飛和側(cè)向滑行。

驅(qū)動(dòng)元件是變體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的作用是執(zhí)行信息處理和控制單元發(fā)出的指令。在智能變體結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)元件和傳感元件一般復(fù)合在基體內(nèi)部，通過信息處理和控制單元，根據(jù)識(shí)別到的外部參數(shù)，經(jīng)過分析判斷，依靠埋入材料內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)的形狀、應(yīng)力、應(yīng)變等特性，使變體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其環(huán)境變化的要求。目前應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器材料主要有電磁流變材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料、壓電材料、形狀記憶材料、高分子聚合物等。形狀記憶合金(SMA)和壓電纖維復(fù)合材料(MFC)是國內(nèi)外研究中普遍采用的智能驅(qū)動(dòng)器。MFC具有輕質(zhì)、高效、容易制造等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可應(yīng)用于曲面結(jié)構(gòu)但同其他類型驅(qū)動(dòng)器相比，MFC的驅(qū)動(dòng)力及力矩還是小得多；SMA驅(qū)動(dòng)力大，但是對(duì)敏捷的機(jī)動(dòng)飛行而言響應(yīng)時(shí)間不夠快。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決單獨(dú)采用SMA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度慢和用MFC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力小的問題，進(jìn)而提供一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼包括蒙皮、固定件、活動(dòng)件、至少一對(duì)形狀記憶合金絲、至少一對(duì)彈性部件和至少一對(duì)壓電纖維復(fù)合材料，固定件通過至少一對(duì)彈性部件與活動(dòng)件連接，位于至少一對(duì)彈性部件之間設(shè)置有至少一對(duì)形狀記憶合金絲，至少一對(duì)形狀記憶合金絲的兩端分別與固定件和活動(dòng)件連接，活動(dòng)件能繞固定件轉(zhuǎn)動(dòng)，蒙皮包裹在固定件和活動(dòng)件的外表面上，活動(dòng)件包括上板、下板和連接板，上板、下板和連接板連接為一體呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上板的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料，下板的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料，粘接在上板內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料與粘接在下板內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料成對(duì)設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種運(yùn)用形狀記憶合金(SMA)及壓電纖維復(fù)合材料(MFC)組合的驅(qū)動(dòng)器共同對(duì)機(jī)翼后緣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方案，SMA通過連接固定件和活動(dòng)件，彈性部件連接固定件和活動(dòng)件。用SMA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，可拉動(dòng)活動(dòng)件繞固定件轉(zhuǎn)動(dòng)。MFC粘貼在活動(dòng)件上板和下板的內(nèi)表面上，可驅(qū)動(dòng)活動(dòng)件發(fā)生彈性變形。本發(fā)明的固定件為一個(gè)相對(duì)飛機(jī)機(jī)體固定的部件，活動(dòng)件為一個(gè)作為機(jī)翼后緣的部件，本發(fā)明利用了SMA驅(qū)動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)(施加約束時(shí)，最高應(yīng)力可達(dá)700Mpa)，可驅(qū)動(dòng)機(jī)翼后緣發(fā)生大角度(正負(fù)20°的轉(zhuǎn)角)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)利用了MFC響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，可快速驅(qū)動(dòng)機(jī)翼后緣發(fā)生變形。同現(xiàn)有的單獨(dú)運(yùn)用SMA或MFC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的變體機(jī)翼相比，變體機(jī)翼能在后緣處產(chǎn)生較大變形，具有變形幅度大(正負(fù)20°的轉(zhuǎn)角)，響應(yīng)速度快(響應(yīng)時(shí)間小于20毫秒)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主剖視結(jié)構(gòu)意圖，圖2是本發(fā)明的固定件的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的活動(dòng)件的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式