[發明專利]一種基于壓電驅動的變體機翼

有效

• 申請號: 202011001383.6
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112109877B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 周博;王率;周子鈺;馬宵;薛世峰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;新疆大學
• 主分類號: B64C3/38
• 分類號: B64C3/38
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 李玉賓

一種基于壓電驅動的變體機翼，涉及航空飛行器變體機翼技術領域，包括截面為D形的機翼盒、及連接于機翼盒后端的變形結構，所述的機翼盒包括由多條截面為L形的肋條、及主翼梁通過連接件搭建成的框架，以及固定連接于框架外表面的剛性蒙皮，所述的變形結構位于主翼梁的后側，包括多個與主翼梁的后端面固定連接且間隔設置的柔性桁架承載單元、設置于相鄰的柔性桁架承載單元之間的壓電驅動單元、以及固定連接于柔性桁架承載單元上端的柔性蒙皮。本發明優化了壓電驅動單元的結構及其安裝位置，使機翼變形更加穩定和多樣化，能夠適應各類不同飛行環境。

技術領域

本發明涉及航空飛行器變體機翼技術領域，具體涉及一種基于壓電驅動的變體機翼。

背景技術

目前，已應用到飛機上的變體機翼主要是通過液壓裝置驅動、以折疊-伸展為變形形式的剛性變體機翼。壓電材料作為一種全新的功能材料，利用其逆壓電效應，可以在電場作用下控制其變形程度，在變體機翼方面也得到了一定的應用，但目前對壓電材料的利用仍有一些不足之處。

1.常見的剛性變體機翼是利用液壓裝置控制機翼的折疊和伸展來改變飛機形狀，但是該類型的變體機翼往往具有復雜的機械結構，很大程度增大了機翼體積和質量，影響飛機的整體飛行性能和穩定性。

2.目前已提出的以形狀記憶材料驅動的變體機翼，雖然可以達到機翼厚度和傾角的效果，但是其響應緩慢的問題會致使機翼不能根據飛行環境做出及時改變。

3.目前已提出的以壓電材料驅動的變體機翼，主要是將壓電系統直接與機翼蒙皮結合來達到改變機翼形狀的效果，但是該類形變體機翼會致使壓電系統在飛行過程中與外界載荷直接接觸，影響壓電系統的驅動效果和工作環境。

4.此外，以壓電材料驅動的變體機翼，變形幅度較小的問題會導致機翼在各類飛行環境狀況下的自適應性降低，局限變體機翼的變形程度與變形形式。

壓電材料是通過極化處理形成的，具備耐熱、耐濕、制造容易以及可制成任意形狀和極化方向的優點。當壓電材料受到力或其他載荷時，將在其表面產生電荷；而在壓電材料表面施加電場時,將使其發生變形，因此壓電材料具有正逆壓電效應。因其測量精度高、響應速度快和性能穩定等優點，壓電材料已廣泛應用于航空航天、精密測量和智能結構等領域。

關于逆壓電效應：如圖1所示，當在壓電材料03的晶體上下表面施加電場力時，壓電材料03內部的正、負電荷就會在外加電場的作用下發生相對位移，這時壓電材料03會因此產生一定的機械變形，這種現象稱為逆壓電效應。

關于分布式壓電復合梁驅動器：如圖2所示，將多個壓電片06上下對稱地粘貼在基體梁07上形成的壓電復合梁驅動器，既具備壓電材料的優點，同時可以提高結構的穩定性和承載能力，并且變形靈活多樣。在電場作用下，壓電片06驅動基體梁07進行變形，從而滿足相應的工程要求。

關于菱形放大器：目前常用的放大機構主要包括橋式放大機構，杠桿式放大機構以及三角放大機構，本發明所涉及的菱形放大器采用三角放大機構，目的是在減少占用空間的前提下保證放大倍數。圖3給出了菱形放大器的三角放大原理圖。如圖3所示，依次通過端部鉸接的桿件構成菱形放大器，所述的菱形放大器的四根桿件采用剛性桿件，忽略在外力作用下的變形，即對應的三角形斜邊長度不變。設長直角邊為a，其與斜邊的夾角為θ，短直角邊長為b。當長直角邊伸長Δa，短直角邊則相應縮短Δb，在斜邊恒定的情況下，有等式：

a²+b²＝(a-Δa)²+(b+Δb)²?(2)

忽略Δa²和Δb²兩個高階無窮小量，根據式(2)可得放大倍數：