[發明專利]一種新型主動氣動彈性機翼

在審

• 申請號: 201710115379.4
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106828877A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 孫鵬;高邐;矯麗穎;王一凡;王逸帆;蔣昱晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C3/38
• 分類號: B64C3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及變體無人飛行器領域，尤其涉及一種新型主動氣動彈性機翼。

背景技術

機翼顫振是飛行器飛行過程中最常見的氣動彈性現象，是由于氣動彈性效應引起的不衰減的且振幅很大的振動。若不能有效抑制機翼的顫振，將會使結構疲勞，降低可靠性，同時增加飛機阻力，增加油耗。在探索預防和避免機翼發生顫振的方法中，最為有前景的是采用主動控制技術來抑制顫振。

形狀記憶合金因其具有驅動力大，多次循環不產生疲勞損傷，變形率高，變形性能穩定，功重比大等優勢，而被廣泛應用于智能材料結構的主動控制中。

基于記憶合金材料的主動氣動彈性機翼可以通過記憶合金材料感受結構振動，所感受到的信號按照預先確定的控制規律反饋到主動控制系統的記憶材料驅動器，由驅動器驅動操縱面，產生所需的控制力，使結構振動趨于穩定，達到抑制顫振的目的。它與過去經常采用的被動方法(如增加結構剛度、配重和阻尼等)相比，在減少結構重量和保證飛行性能等方面，具有明顯的優越性。

發明內容

本發明的目的：為了預防和避免機翼發生顫振，本發明提供了一種新型主動氣動彈性機翼，具有機翼、設置在機翼前緣內部沿翼展方向伸展的形狀記憶彈簧扭轉機構，設置在形狀記憶彈簧扭轉機構前端的記憶彈簧加熱電路、設置在形狀記憶彈簧扭轉機構前段與后端的記憶彈簧冷卻風扇以及設置在機翼的中軸內的主動控制器。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種新型主動氣動彈性機翼，當機翼受到由于氣動彈性效應引起的不衰減的且振幅很大的振動時，主動控制器可以按照預先確定的控制規律驅動記憶彈簧加熱電路，使機翼可以在形狀記憶彈簧扭轉機構的驅動力下繞中軸順時針或逆時針旋轉固定角度，使結構振動趨于穩定，從而提高了機翼的安全性能。

本發明的有益效果是：由于采用主動控制技術來抑制顫振，提高了機翼的自適應特性，所述主動氣動彈性機翼可以根據機翼受力情況進行轉角的適度調節，在中小型無人飛行器上應用，可以顯著提高機翼結構的功重比。

附圖說明

圖1為本發明所述的主動氣動彈性機翼結構圖；

圖1中，1為機翼，2為形狀記憶彈簧扭轉機構，3為記憶彈簧加熱電路，4為記憶彈簧冷卻風扇，5為中軸；

圖2為本發明所述的形狀記憶彈簧扭轉結構圖；

圖2中，5為中軸，6為左側SMA彈簧，7為右側SMA彈簧，8為杠桿結構；

圖3為本發明所述的驅動結構測試實驗原理圖；

具體實施方式

下面結合具體實施實例，對本發明技術方案進一步說明。

參見結構圖1，本發明涉及一種新型主動氣動彈性機翼，包括：機翼1、形狀記憶彈簧扭轉機構2、記憶彈簧加熱電路3、記憶彈簧冷卻風扇4以及中軸5。其中形狀記憶彈簧扭轉機構2設置在機翼1前緣內部沿翼展方向伸展，用以調整機翼偏轉位置，既可以順時針調整到正的機翼偏轉位置，也可以調整到負的機翼偏轉位置；形狀記憶彈簧扭轉機構2前端為記憶彈簧加熱電路3，記憶彈簧冷卻風扇4放置在形狀記憶彈簧扭轉機構2兩側，有利于空氣對流換熱；依據SMA彈簧應變與加熱溫度的關系，在機翼1受到由于氣動彈性效應引起振動時照預先確定的控制規律驅動計算機輸出信號以調整加熱電路3；進而使機翼1在形狀記憶彈簧扭轉機構2的驅動力下繞中軸5旋轉一定角度，抑制顫振。當溫度高于所需時，設置在形狀記憶彈簧扭轉機構前段與后端的記憶彈簧冷卻風扇通過控制驅動對SMA彈簧進行降溫。這種形狀記憶彈簧扭轉機翼自適應控制系統在對機翼振動加以控制之后，新的振動情況將作為負反饋信號進一步進入控制系統，通過新的加熱電流控制SMA彈簧調整機翼偏轉位置，進一步形成更優結構，穩定結構振動，提高安全性能，與過去經常采用的被動方法相比，在減少結構重量和保證飛行性能等方面，具有明顯的優越性。

這里需要強調的是，此循環不必一直進行下去，在具體方案實施時可通過控制信號，在振動被穩定于一定范圍內后便停止進一步調節，當達到一定振動數值后再次啟動，此范圍可依據實際情況加以確定。

參見彈簧驅動結構圖2，展示了一種形狀記憶彈簧扭轉結構，此旋轉關節可繞中軸5轉動，SMA彈簧6和SMA彈簧7兩端等距分布，通過杠桿8連接，當條件改變時驅動結構能夠達到所需的控制力驅動機翼改變角度，通過自身的自適應性調整，適應外界，并通過負反饋作用于外界，增加穩定性。