[發明專利]一種仿生柔性變形機翼

在審

• 申請號: 201910829345.0
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110435875A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 張志輝;張曉龍;劉慶萍;于征磊;劉宇霆;邵艷龍;張清泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B64C3/38
• 分類號: B64C3/38
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

一種仿生柔性變形機翼，包括機翼骨架、機翼蒙皮、隔熱層、固定裝置、溫度控制系統以及連接裝置，骨架包括橫向骨架和縱向骨架。機翼蒙皮整體成型，用膠黏劑黏貼在機翼骨架上。縱向骨架由形狀記憶合金制成，橫向骨架和縱向骨架相嵌處通過隔熱層進行隔熱。縱向骨架采用形狀記憶合金，每組形狀記憶合金訓練有不同的形狀記憶，能夠在電熱激勵下實現既定賦形后的主動驅動變形。在飛行過程中，溫度控制系統調節縱向骨架溫度，控制兩組參數不同的形狀記憶合金分別發生向上變形或向下變形，帶動機翼向上變形或者向下變形，達到飛行目的。本發明在無動力裝置條件下可實現機翼向上或者向下變形，精簡機翼結構，減輕機翼重量，提高飛機的飛行性能。

技術領域

本發明屬于可變形無人機結構領域，涉及一種仿生柔性變形機翼。

背景技術

從19世紀80年代，機翼結構的相關研究被全世界的諸多團隊廣泛開展。從最初的無鉸鏈彎曲的概念已經發展到了飛行器大規模變形的研究。機翼的主要作用是產生升力，以支持飛機在空中飛行，它還起一定的穩定和操縱作用。傳統固定翼飛機依靠機翼前緣和后緣的活動控制機翼升力或阻力的分布，以達到增加升力或改變飛機飛行姿態的目的。傳統機翼為實現飛機飛行姿態的改變，需要活動翼面有各種前后緣增升裝置、副翼、擾流片、減速板、升降副翼等機構，機翼各部件之間依靠傳統機械傳動方式控制機翼工作狀態，結構復雜。同時，傳統機翼在超高速飛行過程中會產生較大的振動噪聲和較大飛行阻力，降低了飛機的使用壽命。并且機翼功能的增加，不可避免增加了機翼構件數量，增加了飛機重量，從另一方面增大了飛機飛行阻力，造成能源浪費和環境污染，增加飛機的制造成本。在一些小型固定翼無人機上，為減小制造難度，通常把機翼設計為一個固定裝置，這樣雖然能降低制造飛機的難度，但飛機性能受到限制，無法達到一定的飛行目的。

隨著航空事業的發展，人們要求飛機具有更優異的飛行性能和操控性能，傳統機翼的性能已經很難實現技術突破，在很大程度上限制了飛機性能的提升。

綜觀上述無人機機翼的結構特征和作業特性，急需一種噪音小、性能更優的非機械傳動方式驅動的無人機柔性機翼。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠優化機翼性能，在無機械動力驅動條件下實現機翼上下擺動的仿生柔性變形機翼。

本發明的結構是受到鳥翼的翅膀結構的啟發而發明的。鳥類的飛行主要得益于它靈活有力的翅膀和柔性較好的羽毛，通過翅膀的擺動形成氣流，氣流的反作用產生向上或者向下的空氣動力，實現鳥類向上或者向下飛行。鳥之所以能在大風中飛行，主要是因為他們的翅膀可以隨時隨地變形以適應各種環境。本發明對鳥類的這種飛行特性進行仿生設計，設計中，模仿鳥類的骨骼制成柔性機翼的骨架，模仿鳥類輕質的羽毛制成柔性機翼的蒙皮。本發明中剛性骨架材料采用形狀記憶合金，能夠在電熱激勵下實現既定賦形后的主動驅動變形，采用聚醚醚酮、聚氨酯、環氧樹脂及其復合的柔性高分子材料制成機翼蒙皮，其一方面能夠滿足無人機機翼在飛行條件下承載的力學性能要求，另一方面能夠在剛性骨架的變形驅動下完成被動變性的要求。

本發明包括第一橫向骨架、第二橫向骨架、第三橫向骨架、第四橫向骨架、A組縱向骨架、B組縱向骨架、隔熱層、機翼蒙皮、連接裝置、固定裝置、A組溫度控制系統、B組溫度控制系統；

第一橫向骨架1、第二橫向骨架、第三橫向骨架和第四橫向骨架從內至外間隔分布，A組縱向骨架和B組縱向骨架間隔分布，A組縱向骨架和B組縱向骨架均以嵌入的方式穿過第一橫向骨架、第二橫向骨架、第三橫向骨架和第四橫向骨架契合在一起，第一橫向骨架、第二橫向骨架、第三橫向骨架、第四橫向骨架與A組縱向骨架、B組縱向骨架之間采用隔熱層進行隔熱，契合處采用隔熱層進行隔熱，防止縱向骨架之間通過橫向骨架進行傳熱，以能夠達到在電熱激勵下實現既定賦形后的主動驅動向上或者向下變形的目的，隔熱層用于避免兩組縱向骨架在形狀變形過程中溫度的相互影響。

A組縱向骨架和B組縱向骨架通過連接裝置分別插入到A組溫度控制系統和B組溫度控制系統中，用固定裝置固定。