[發(fā)明專利]具有曲線折紋的飛行器殼體夾層結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310354655.4
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN104376190A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周翔;Y·衷;汪海
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種飛行器夾層結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，該結(jié)構(gòu)由內(nèi)殼、外殼以及夾在內(nèi)外殼之間的多個具有折紙結(jié)構(gòu)的夾層組成，所述的夾層通過以下方式實(shí)現(xiàn)：

步驟一：根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑R_in、外徑R_out，內(nèi)殼的厚度t_in、外殼的厚度t_ex以及段長l_seg計(jì)算所需夾層的外徑r₁，內(nèi)徑r₂以及長度l：r₁＝R_out-t_ex；r₂＝R_in+t_in；l＝l_seg；

步驟二：確定三維直角坐標(biāo)系的x-z平面的m個輸入點(diǎn)以及y-z平面的n+2個輸入點(diǎn)其中：Vix=(i-1)mTM0hsin2πm(i-1)MT,]]>i＝1，...，M+1，其中：M為遠(yuǎn)大于m的自然數(shù)，2mT＝l：

具體采用以下任一方式實(shí)現(xiàn)：

2.1)Vjy=[r+(-1)jδ]0sin(jβ)cos(jβ),]]>j＝0，1，...，n+1，其中：β=πN,]]>N為大于或等于3的自然數(shù)；

2.2)V0y=00r+δ1T,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于6N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，r22=(r-δ)2;]]>r12=(r+δ)2+h2(1+((r-δ)sinβ(r+δ)-(r-δ)cosβ)2);]]>(r+δ)-(r+δ1)cosβ1(r+δ)2+(r+δ1)2-2(r+δ)(r+δ1)cosβ1=(r+δ)-(r-δ)cosβ(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ,]]>(r-δ)-(r-δ2)cosβ2(r-δ)2+(r-δ2)2-2(r-δ)(r-δ2)cosβ2=(r-δ)-(r+δ)cosβ(r-δ)2+(r+δ)2-2(r-δ)(r+δ)cosβ,]]>βset=πN,]]>β+β₁+β₂＝β_set，并滿足β＞β₁以及β＞β₂；u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素；U＝[P_6×1?P_6×1?...]_∞×1，Ω＝[Q_6×1?Q_6×1?...]_∞×1；6×1向量P和Q為P＝[r+δ?r-δ?r-δ₂?r-δ?r+δ?r+δ₁]，Q＝[β₁?β?β₂?β₂?β?β₁]；

2.3)V0y=00r-δT,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于3N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，βset=2πN;]]>β+2β₁＝β_set；r22=(r-δ)2,]]>r12=((r+δ)cosβ2+]]>h)2+((r+δ)sinβ2-2hs1-s2)2,]]>ssin(β1+β2)-1-s2cos(β1+β2)=(r-δ)-(r+δ)cosβ1(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ1;]]>u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_3×1?P_3×1?...]_∞×1，Ω＝[Q_3×1?Q_3×1?...]_∞×1，3×1向量P和Q分別為P＝[r+δ?r+δ?r-δ]，Q＝[β₁?β?β₁]；

2.4)V0y=00r-δT,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于3N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，βset=2πN,]]>β+2β₁＝β_set；r12=(r+δ)2+h2(1+]]>((r-δ)sinβ1(r+δ)-(r-δ)cosβ1)2),]]>r22=((r-δ)cosβ2-h)2+((r-δ)sinβ2-2hs1-s2)2,]]>-ssinβ2-1-s2cosβ2=(r-δ)-(r+δ)cosβ1(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ1,]]>u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_3×1?P_3×1?...]_∞×1，Ω＝[Q_3×1?Q_3×1?...]_∞×1，3×1向量P和Q分別為P＝[r-δ?r-δ?r+δ]，Q＝[β₁?β?β₁]；

2.5)V0y=00r-δT,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1,，...n+1，其中：n小于或等于3N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，βset=2πN,]]>2β+β₁+β₂＝β_set；r12=((r+δ)cosβ12+h)2+]]>((r+δ)sinβ12-2hs1-s2)2,]]>ssin(β1+β2)-1-s2cos(β1+β2)=(r-δ)-(r+δ)cosβ1(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ1;]]>r22=((r-δ)cosβ22-h)2+((r-δ)sinβ22-2ht1-t2)2,]]>-tsinβ22-1-t2cosβ22=(r-δ)-(r+δ)cosβ(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ;]]>u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_4×1?P_4×1?...]_∞×1，Ω＝[Q_4×1?Q_4×1?...]_∞×1，4×1向量P和Q分別為P＝[r+δ?r+δ?r-δ?r-δ]，Q＝[β?β₁?β?β₂]；

2.6)V0y=00r-δ2T,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于5N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，β+2β₁+2β₂＝β_set，并滿足β₁＞β₂；r12=((r+δ)cosβ2+h)2+((r+δ)sinβ2-2hs1-s2)2,]]>ssin(β1+β2)-1-s2cos(β1+β2)=]]>(r-δ)-(r+δ)cosβ1(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ1,(r-δ)-(r-δ2)cosβ2(r-δ)2+(r-δ2)2-2(r-δ)(r-δ2)cosβ2=(r-δ)-(r+δ)cosβ1(r-δ)2+(r+δ)2-2(r-δ)(r+δ)cosβ1;]]>u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_5×1?P_5×1?...]_∞×1；Ω＝[Q_5×1?Q_5×1?...]_∞×1，5×1向量P和Q分別為P＝[r-δ?r+δ?r+δ?r-δ?r-δ₂]，Q＝[β₂?β₁?β?β₁?β₂]；

2.7)V0y=00r+δ1T,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于5N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，β+2β₁+2β₂＝β_set并滿足β₁＞β₂；r12=(r+δ)2+h2(1+((r-δ)sinβ1(r+δ)-(r-δ)cosβ1)2),]]>r22=((r-δ)cosβ2-h)2+((r-δ)sinβ2-2hs1-s2)2,]]>-ssinβ2-1-s2cosβ2=(r-δ)-(r+δ)cosβ1(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ1,]]>(r+δ)-(r+δ1)cosβ2(r+δ)2+(r+δ1)2-2(r+δ)(r+δ1)cosβ2=]]>(r+δ)-(r-δ)cosβ1(r+δ)2+(r-δ)2-2(r+δ)(r-δ)cosβ1;]]>u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_5×1?P_5×1?...]_∞×1；Ω＝[Q_5×1?Q_5×1?...]_∞×1，5×1向量P和Q分別為P＝[r+δ?r-δ?r-δ?r+δ?r+δ₁]；Q＝[β₂?β₁?β?β₁?β₂]；

2.8)V0y=00r-δT,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于6N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，2β+2β₁+2β₂＝β_set；u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量U和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_6×1?P_6×1?...]_∞×1；Ω＝[Q_6×1?Q_6×1?...]_∞×1，6×1向量P和Q分別為P＝[r?r?r+δ?r?r?r-δ]；Q＝[β₂?β?β₁?β₁?β?β₂]；

2.9)V0y=00r-δ2T,]]>Vjy=uj0sin(Σk=1jωk)cos(Σk=1jωk),]]>j＝1，...，n+1，其中：n小于或等于10N+1，N為大于或等于3的自然數(shù)，2β+2β₁+2β₂+2β₃+2β₄＝β_set，并滿足β₁＞β₃以及β₂＞β₄；(r+δ)-(r+δ1)cosβ3(r+δ)2+(r+δ1)2-2(r+δ)(r+δ1)cosβ3=(r+δ)-rcosβ1(r+δ)2+r2-2(r+δ)rcosβ1;]]>(r-δ)-(r-δ2)cosβ4(r-δ)2+(r-δ2)2-2(r-δ)(r-δ2)cosβ4=(r-δ)-rcosβ2(r-δ)2+r2-2(r-δ)rcosβ2;]]>r22=(r-δ)2;]]>r12=(r+δ)2+]]>h2(1+(rsinβ1(r+δ)-rcosβ1)2);]]>u_j和ω_k分別是兩個無限長一維向量u和Ω的第j和第k個元素，U＝[P_10×1?P_10×1?...]_∞×1；Ω＝[Q_10×1?Q_10×1?...]_∞×1，10×1向量P和Q分別為P＝[r-δ?r?r?r+δ?r+δ₁?r+δ?r?r?r-δ?r-δ₂]，Q＝[β₄?β₂?β?β₁?β₃?β₃?β₁?β?β₂?β₄]；

步驟三：根據(jù)輸入點(diǎn)得到折紙結(jié)構(gòu)的m×n個頂點(diǎn)V_i，j的坐標(biāo)，Vi,j=xi,jyi,jzi,j=Vjy+]]>[Aj]Vjx,]]>i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n，其中：[Aj]=10000(-1)jcosθj-1+cosθjsin(θj-1-θj)00(-1)jsinθj-1+sinθjsin(θj-1-θj),]]>sinθj=]]>iz·(Vj+1y-Vjy)||Vj+1y-Vjy||,]]>cosθj=iy·(Vj+1y-Vjy)||Vj+1y-Vjy||,]]>i_y＝[0?1?0]^T為y坐標(biāo)軸的單位向量，i_z＝[0?0?1]^T為z坐標(biāo)軸的單位向量，||■||表示對向量取模；

步驟四：定義{V_i，j?V_i+1，j}或者{V_i，j?V_i，j+1}為一對相鄰頂點(diǎn)；將所有相鄰頂點(diǎn)用直線連接起來，這些相鄰頂點(diǎn)之間的連接線段即構(gòu)成了折紙結(jié)構(gòu)的折紋，并進(jìn)一步采用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)夾層制造。