[發(fā)明專利]一種棗核型雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211070050.8
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115303471A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 周麗;李晨曉;邱濤
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C3/26
• 分類號: B64C3/26;B64F5/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王慧穎

本發(fā)明公開了一種棗核型雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，涉及變體飛機柔性結(jié)構(gòu)設計領(lǐng)域，由棗核形單胞構(gòu)成的雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)，根據(jù)蒙皮大小、變形能力、面外承載能力的不同，該結(jié)構(gòu)可通過調(diào)整連接板長度、彎曲板長度、柔性單元寬度、柔性單元厚度、相鄰連接板初始距離等參數(shù)進行設計；本發(fā)明解決柔性蒙皮既要求面內(nèi)大變形，又要求面外足夠承載能力的矛盾，而且可設計性強，工藝容易實現(xiàn)。本發(fā)明不同于其他蒙皮結(jié)構(gòu)的整體加工，該結(jié)構(gòu)由若干切割好的縱向柔性板橫向焊接而成，大大降低了制作難度，具有較高的工程實用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變體飛機柔性結(jié)構(gòu)設計領(lǐng)域，具體涉及一種棗核形雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的設計和制作方法。

背景技術(shù)

變體飛機在整個飛行任務中要經(jīng)歷復雜的飛行環(huán)境，飛行狀態(tài)要隨時改變。變體飛機通過實時改變飛機的結(jié)構(gòu)形狀，以便于在寬速域飛行過程中，始終保持最優(yōu)的氣動性能。機翼是產(chǎn)生升力的主要部件，對飛機性能影響較大，機翼變形要求柔性蒙皮結(jié)構(gòu)可以提供足夠大的面內(nèi)變形和足夠的面外承載能力。因此，變形能力和承載能力滿足機翼變形要求的柔性蒙皮成為變體飛機設計中的一項重要挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

目前的柔性蒙皮多采用波紋結(jié)構(gòu)形式或其它巧妙的結(jié)構(gòu)形式，其中可變形蜂窩結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、面內(nèi)變形大且面外承載能力強的特點，是比較理想的結(jié)構(gòu)形式之一。本發(fā)明針對一種棗核形單胞的雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)，提出具體的設計和制作方法，由棗核形單胞構(gòu)成的雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)較大的面內(nèi)變形、面外承載能力強，單元易復制，可組合成多種柔性可變形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種棗核型雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，棗核型雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)由棗核形單胞復制擴展而成，每個棗核形單胞包含4個柔性單元；柔性單元上有處于不同層面的彎曲板；

在一層面的彎曲板向右方向彎曲，與右邊另一個柔性單元上同一層面的彎曲板構(gòu)成棗核形單胞，該柔性單元上另一層面的彎曲板向另一個左方向彎曲，與左邊另一個柔性單元上同一層面的彎曲板構(gòu)成棗核形單胞；單胞結(jié)構(gòu)復制和組合形成雙層或三層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)；所述的柔性單元上有連接板，將不同層面的彎曲板根部連接在一起，實現(xiàn)不同層面可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的自然連接；可變形蜂窩的長L，寬W，厚h，變形主要發(fā)生在寬度方向上；結(jié)構(gòu)參數(shù)有柔性單元長a+2b，寬h，其中a是連接板的長度，b是上下兩端彎曲板的長度，柔性單元的寬度h與可變形蜂窩的厚度相等，均為h；柔性單元厚度t，相鄰柔性單元連接板初始距離c，柔性單元彈性模量E，切縫寬度d，橫向柔性單元數(shù)量m，縱向柔性單元數(shù)量n；蜂窩網(wǎng)格的孔隙大小取決于柔性單元之間的距離c和柔性單元的長度a+2b；由c初步確定寬度(橫向)方向上柔性單元的個/條數(shù)m，W＝mc；根據(jù)蜂窩孔隙縱向尺寸a+2b確定長度(縱向)方向上柔性單元的個數(shù)n，L＝n(a+2b)；

由可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的變形要求U確定每個柔性單元彎曲板的變形u，U＝2mu；彎曲板橫向變形u與彎曲板長度b有關(guān)，u≤0.15b，確定b和a；

由面外剛度確定m、t和h；將L、W平面上的面外法向載荷整理成線載荷作用在長度L、寬度B₀(通過調(diào)節(jié)梁寬B₀滿足面外承載要求后，取可變形蜂窩W＝B₀)、高H₀(調(diào)節(jié)梁高H₀滿足面外承載要求后，取可變形蜂窩厚度h＝H₀，柔性單元寬度與可變形蜂窩厚度相同)的梁結(jié)構(gòu)上，兩端邊界條件為固支，與有限元分析的邊界條件相同，計算中點位移w₁，根據(jù)折算系數(shù)計算折算后中點位移為w₂；用有限元分析的結(jié)果對w₂進行修正。

進一步，用有限元分析的結(jié)果對w₂進行修正的具體步驟為：

1)對棗核形雙層可變形蜂窩結(jié)構(gòu)采用殼單元進行建模，以橫向為x軸，縱向為y軸，根據(jù)右手法則確定z軸；

2)輸入結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)；