[發(fā)明專利]一種三維負(fù)剛度彈性框架

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111472286.X
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114111461A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鵬;尹維龍;王進(jìn);李建軍;李宜彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F42B10/00
• 分類號: F42B10/00;F42B10/60
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種三維負(fù)剛度彈性框架，屬于飛行器變形技術(shù)領(lǐng)域，解決了目前偏轉(zhuǎn)頭控制的彈箭存在消耗能量大的問題，它包含設(shè)置有若干鏤空的筒壁，所述鏤空按照品字形排布，所述品字形的左右方向沿筒壁的周向設(shè)置；所述筒可以是圓筒、橢圓筒、方筒、多邊形筒等或者直筒、彎筒、變徑筒等任意形狀的筒，根據(jù)飛行器頭部需要設(shè)置即可；由于筒壁上設(shè)置了品字形排布的鏤空，并且是上述沿筒壁的周向設(shè)置的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)筒壁具有彈簧一樣的沿軸向彈性變形功能，從而可以實現(xiàn)整體偏轉(zhuǎn)；以上為現(xiàn)有技術(shù)；品字形排布的每個鏤空周圍留存的筒壁包含頂梁、底梁和兩側(cè)的立梁品字形排布的每個鏤空周圍留存的頂梁和/或底梁為外凸或者內(nèi)凹的曲梁；本發(fā)明用于飛行器變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器變形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維負(fù)剛度彈性框架。

背景技術(shù)

普通彈箭等飛行器的飛行控制主要通過尾翼和鴨舵來實現(xiàn)，位于彈箭頭部位置的鴨舵可通過舵片轉(zhuǎn)動來改變氣動力控制飛行姿態(tài)，但鴨舵易受彈箭頭部激波的影響從而降低控制效率，且鴨舵的存在會增大彈體阻力、干擾尾翼，從而對其飛行控制產(chǎn)生不良影響。

偏轉(zhuǎn)頭控制方式作為一種獨特的彈箭控制方式，可以通過改變頭部與彈體軸線之間的夾角，通過彈頭迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓力差來產(chǎn)生控制力矩，從而達(dá)到控制彈箭機動飛行的目的。1946年發(fā)明了頭部和尾翼均可轉(zhuǎn)動的彈箭，改進(jìn)了彈箭頭部與彈體的機械連接性能，使得彈箭能夠在高速飛行過程中通過改變頭部和尾部角度來調(diào)節(jié)彈道；通過馬赫數(shù)為3.0和6.0的風(fēng)洞試驗，對比偏轉(zhuǎn)頭和傳統(tǒng)鴨翼控制方式對彈箭氣動性能的影響以及兩者的俯仰控制效率，得出了偏轉(zhuǎn)頭控制效率高、阻力小、機動性能強等優(yōu)點；通過Fluent軟件模擬仿真了偏轉(zhuǎn)頭彈箭在不同頭部偏角、不同馬赫數(shù)和攻角情況下，飛行器所受的氣動力，得出頭部偏角的存在會使得飛行器獲得較大的升阻比和偏航力矩；采用Schiehlen方法建立了偏轉(zhuǎn)頭彈箭的動力學(xué)模型，仿真驗證了偏轉(zhuǎn)頭彈箭具有控制效率高、機動過載大和響應(yīng)速度快等優(yōu)點。

但是目前偏轉(zhuǎn)頭控制的彈箭存在偏轉(zhuǎn)角度越大，需要的驅(qū)動力越大、消耗能量越大的問題。例如名稱為一種偏轉(zhuǎn)彈頭變形蒙皮結(jié)構(gòu)，公開號為CN113267092A的發(fā)明專利公開了一種通過可變形骨架來實現(xiàn)彈頭變形技術(shù)，該技術(shù)在結(jié)構(gòu)變形過程中呈現(xiàn)正剛度效應(yīng)，偏轉(zhuǎn)過程中彎矩隨著角度的增大而不斷增大，消耗大量能量，為了解決上述問題而研發(fā)本方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前偏轉(zhuǎn)頭控制的彈箭存在偏轉(zhuǎn)角度越大，需要的驅(qū)動力越大、消耗能量越大的問題，提供了一種三維負(fù)剛度彈性框架，其技術(shù)方案如下：

一種三維負(fù)剛度彈性框架，它包含設(shè)置有若干鏤空的筒壁，所述鏤空按照品字形排布，所述品字形的左右方向沿筒壁的周向設(shè)置；所述筒可以是圓筒、橢圓筒、方筒、多邊形筒等或者直筒、彎筒、變徑筒等任意形狀的筒，根據(jù)飛行器頭部需要設(shè)置即可；由于筒壁上設(shè)置了品字形排布的鏤空，并且是上述沿筒壁的周向設(shè)置的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)筒壁具有彈簧一樣的沿軸向彈性變形功能，從而可以實現(xiàn)整體偏轉(zhuǎn)；以上為現(xiàn)有技術(shù)；品字形排布的每個鏤空周圍留存的筒壁包含頂梁、底梁和兩側(cè)的立梁，即圍成口字形的四條梁；品字形排布的每個鏤空周圍留存的頂梁和/或底梁為外凸或者內(nèi)凹的曲梁；外凸的曲梁受到壓力向內(nèi)變形過程分為兩個階段，前一階段為該曲梁由外凸到平齊階段，需要借助外力，后一階段為由平齊到內(nèi)凹階段，這個階段會在應(yīng)力作用下自動完成，不需要借助外力，從而產(chǎn)生負(fù)剛度，節(jié)約能量；內(nèi)凹的曲梁原理相同，方向與外凸曲梁相反，還具有伸縮比較大的優(yōu)點；在筒壁偏轉(zhuǎn)過程中，只要有一個鏤空到達(dá)后一階段，就能達(dá)到節(jié)能的效果。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明相對于現(xiàn)有正剛度支撐結(jié)構(gòu)，在偏轉(zhuǎn)角度較大情況下，具有驅(qū)動力需求小、消耗能量少的優(yōu)點。本發(fā)明具有一定的抗彎剛度，能夠承受偏轉(zhuǎn)頭彈箭飛行過程中的氣動荷載，從而維持偏轉(zhuǎn)頭彈箭的氣動外形。本發(fā)明通過外凸曲梁和內(nèi)凹曲梁兩種基本構(gòu)型的搭配來設(shè)計不同支撐結(jié)構(gòu)，應(yīng)用靈活多樣。

附圖說明：

圖1是筒壁的品字形排布的每個鏤空周圍留存的頂梁或底梁為外凸的曲梁示意圖；

圖2是筒壁的品字形排布的每個鏤空周圍留存的頂梁或底梁為內(nèi)凹的曲梁示意圖；