[發明專利]一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統

有效

• 申請號: 201410091509.1
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103883813A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 楊帆;陳天柱;林添良;夏明博;楊磊
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: F16L11/00
• 分類號: F16L11/00;B64D39/04
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳智海

技術領域

本發明涉及智能材料領域的技術，尤其是指把智能材料（電變流體）嵌入空中加油機加油軟管中形成的一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統。

背景技術

自上個世紀80年代以來,以智能材料與智能結構為代表的高效、高精度系統與結構，因其具有可控、體積小、承載力大、高效率、高精度等優良特性，而得到了人們的高度重視，在航空航天、能源、交通、醫療、建筑及國防等領域都有廣泛的應用前景,形成了一個集控制、材料、力學和物理等多學科交叉的新型研究領域。此研究方向已被列入國家發展規劃中重點發展的方向之一,體現了國防和國民經濟的強烈需求。

工程中常見的智能材料有壓電陶瓷、超磁（電）致伸縮材料、形狀記憶合金及磁(電)變流體等。上世紀40年代末，Winslow（1947）首先提出了電變流體Elect-Rheological(ER)Fluid的概念以及電變流體阻尼器（1949）的設計理念。所謂電變流體就是將微米級別的導電顆粒隨機分散于非導電液體溶液中，從而形成懸浮液（電變流體）。電變流體在無外加電場下體現出典型的流體特性；在外加電場的作用下，隨機分布的導電微粒會迅速地（毫秒級）被極化并重新排列而使電變流體的粘度在極短時間內迅速增加兩個數量級以上，從而表現出固體特性；去掉電場后，導電材料又會恢復隨機分布的狀態，而使電變流體恢復液體的特性。

電變流體具有剪切和擠壓強度連續可調、響應快速和可逆轉變的奇特性質，是獨一無二的軟硬程度可調節的智能材料。根據其不同的工作模式(剪切，擠壓，流動),可用于離合器、阻尼系統、減震器、制動系統、無級變速、液體閥門、機電耦合控制、機器人等，在幾乎所有的工業和技術領域均有廣泛應用。利用電變流體的擠壓工作模式，將其嵌入結構中,通過調整電場改變電變流體剛性與阻尼特性，以實現對結構動態特性的調整，從而實現在不同載荷狀況下對結構的振動控制，尤其在極端載荷狀況下，例如共振與顫振。

1923年8月27日第一架代號為DH-4B的空中加油機被載入航空史冊以來，隨著加油機的發展，目前加油的方式可分為軟管加油和硬管加油。相較于軟管加油，硬管空中加油系統的主要優點是輸油能力高；而其主要缺點是同時只能對一架飛機加油。軟管加油的軟管可有由絞盤控制放出和回收，它可對多架飛機同時輸油，這樣就大大降低了編隊飛機加油的時間。因而軟管加油方式是空中加油機發展的主流。

軟管式空中加油系統在設計、生產與應用過程中需突破與解決的一個關鍵技術難題就是軟管本身對大氣紊流相當敏感，輸油管會在空中飄動。在受油機、加油機與大氣環境的作用下，加油軟管極易產生共振與顫振現象，從而導致機毀人亡的嚴重事故。這也是制約軟管式空中加油系統發展的一個瓶頸。西方國家在此領域的研究開展得較早，也有相應的解決方案，例如對空中加油時的大氣環境建立嚴格的監測與設立標準。但是，由于軟式繩索系統（軟式加油管）本身的動力學模型目前仍然不明確，而其西方國家在該領領域對我國進行嚴密的技術封鎖，制約著我們國家在該領域的發展。而該領域的研究對國家安全有著重要的意義！

發明內容

有鑒于此，針對我國加油軟管所面對的瓶頸，本發明提出一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，解決加油軟管對空中大氣紊流較敏感問題，有效地避免傳統加油軟管在大氣紊流及加油與受油機等外界因素共同激勵下所產生共振和顫振的現象。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種基于智能材料的嵌入式智能加油軟管系統，包括加油軟管，該加油軟管內密封嵌設有電變流體和設在該電變流體相對兩側的電極層；還包括傳感單元、控制單元及電流放大單元，該傳感單元設在所述加油軟管上，該傳感單元電連接所述控制單元的輸入端，該控制單元的輸出端通過所述電流放大單元電連接至所述電極層上。

所述電變流體嵌于所述加油軟管的位置為該加油軟管振動模式下的對應波腹點的位置。

所述加油軟管內還嵌設有防靜電層，該防靜電層設在所述電極層的外側位置。

所述加油軟管內還嵌設有密封包圍所述電變流體和電極層的封嚴層。

所述加油軟管內還嵌設有防靜電層，該防靜電層隔設在所述封嚴層和電極層之間。

所述傳感單元采用壓電陶瓷片，該壓電陶瓷片表貼在所述加油軟管上。

所述電極層設在所述電變流體對應沿所述加油軟管壁厚方向上的內外相對兩側位置。

所述電極層采用鋁膜材料制成。