專利名稱：一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用兩種驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的可變后緣的變體機(jī)翼，屬于變體飛行器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛機(jī)發(fā)明至今，如何提高飛機(jī)的氣動(dòng)性能一直是飛機(jī)設(shè)計(jì)師研究的重要內(nèi)容之一。目前定翼機(jī)的機(jī)翼都是按照固定的角度從機(jī)身向外伸展，足夠堅(jiān)固，飛行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大的移動(dòng)或扭曲，盡管它具有用于提高飛行效率的前、后緣襟翼這些氣動(dòng)操作件，但其本身仍然是剛性表面，難以根據(jù)飛行時(shí)的飛行條件改變機(jī)翼的特征，飛機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)效率得不到最優(yōu)化。而自然界中的鳥翼卻可以隨時(shí)根據(jù)飛行的需要進(jìn)行微妙的調(diào)整，達(dá)到令人驚嘆的高效率。以智能材料與結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的變體機(jī)翼將是解決傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)翼和感覺靈敏的鳥類翅膀之間的差距這一問題的有效方法。它將新型智能材料、新型作動(dòng)器、激勵(lì)器、傳感器無縫地綜合應(yīng)用于飛行器機(jī)翼，通過應(yīng)用靈敏的傳感器和作動(dòng)器，光滑而持續(xù)地改變機(jī)翼的形狀，對(duì)不斷改變的飛行條件做出響應(yīng)，從而可使飛機(jī)像鳥一樣隨意地在空中進(jìn)行盤旋、倒飛和側(cè)向滑行。驅(qū)動(dòng)元件是變體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的作用是執(zhí)行信息處理和控制單元發(fā)出的指令。在智能變體結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)元件和傳感元件一般復(fù)合在基體內(nèi)部，通過信息處理和控制單元，根據(jù)識(shí)別到的外部參數(shù)，經(jīng)過分析判斷，依靠埋入材料內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)的形狀、應(yīng)力、應(yīng)變等特性，使變體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其環(huán)境變化的要求。目前應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器材料主要有電磁流變材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料、壓電材料、形狀記憶材料、高分子聚合物等。形狀記憶合金(SMA)和壓電纖維復(fù)合材料(MFC)是國內(nèi)外研究中普遍采用的智能驅(qū)動(dòng)器。MFC具有輕質(zhì)、高效、容易制造等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是可應(yīng)用于曲面結(jié)構(gòu)但同其他類型驅(qū)動(dòng)器相比，MFC的驅(qū)動(dòng)力及力矩還是小得多；SMA驅(qū)動(dòng)力大，但是對(duì)敏捷的機(jī)動(dòng)飛行而言響應(yīng)時(shí)間不夠快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決單獨(dú)采用SMA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度慢和用MFC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力小的問題，進(jìn)而提供一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼包括蒙皮、固定件、活動(dòng)件、至少一對(duì)形狀記憶合金絲、至少一對(duì)彈性部件和至少一對(duì)壓電纖維復(fù)合材料，固定件通過至少一對(duì)彈性部件與活動(dòng)件連接，位于至少一對(duì)彈性部件之間設(shè)置有至少一對(duì)形狀記憶合金絲，至少一對(duì)形狀記憶合金絲的兩端分別與固定件和活動(dòng)件連接，活動(dòng)件能繞固定件轉(zhuǎn)動(dòng)，蒙皮包裹在固定件和活動(dòng)件的外表面上，活動(dòng)件包括上板、下板和連接板，上板、下板和連接板連接為一體呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上板的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料，下板的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料，粘接在上板內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料與粘接在下板內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料成對(duì)設(shè)置。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出一種運(yùn)用形狀記憶合金(SMA)及壓電纖維復(fù)合材料(MFC)組合的驅(qū)動(dòng)器共同對(duì)機(jī)翼后緣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方案，SMA通過連接固定件和活動(dòng)件，彈性部件連接固定件和活動(dòng)件。用SMA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，可拉動(dòng)活動(dòng)件繞固定件轉(zhuǎn)動(dòng)。MFC粘貼在活動(dòng)件上板和下板的內(nèi)表面上，可驅(qū)動(dòng)活動(dòng)件發(fā)生彈性變形。本發(fā)明的固定件為一個(gè)相對(duì)飛機(jī)機(jī)體固定的部件，活動(dòng)件為一個(gè)作為機(jī)翼后緣的部件，本發(fā)明利用了 SMA驅(qū)動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)(施加約束時(shí)，最高應(yīng)力可達(dá)700Mpa)，可驅(qū)動(dòng)機(jī)翼后緣發(fā)生大角度(正負(fù)20°的轉(zhuǎn)角)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)利用了 MFC響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，可快速驅(qū)動(dòng)機(jī)翼后緣發(fā)生變形。同現(xiàn)有的單獨(dú)運(yùn)用SMA或MFC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的變體機(jī)翼相比，變體機(jī)翼能在后緣處產(chǎn)生較大變形，具有變形幅度大(正負(fù)20°的轉(zhuǎn)角)，響應(yīng)速度快(響應(yīng)時(shí)間小于20毫秒)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定。


圖1是本發(fā)明的主剖視結(jié)構(gòu)意圖，圖2是本發(fā)明的固定件的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的活動(dòng)件的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼包括蒙皮1、固定件2、活動(dòng)件7、至少一對(duì)形狀記憶合金絲3、至少一對(duì)彈性部件5和至少一對(duì)壓電纖維復(fù)合材料8，固定件2通過至少一對(duì)彈性部件5與活動(dòng)件7連接，位于至少一對(duì)彈性部件5之間設(shè)置有至少一對(duì)形狀記憶合金絲3，至少一對(duì)形狀記憶合金絲3的兩端分別與固定件2和活動(dòng)件7連接，活動(dòng)件7能繞固定件2轉(zhuǎn)動(dòng)，蒙皮I包裹在固定件2和活動(dòng)件7的外表面上,活動(dòng)件7包括上板7-1、下板7-2和連接板7-3，上板7-1、下板7-2和連接板7-3連接為一體呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上板7_1的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料8，下板7-2的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料8，粘接在上板7-1內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料8與粘接在下板7-2內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料8成對(duì)設(shè)置。本實(shí)施方式的呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)的活動(dòng)件的上板和下板連接制成一體并制作成目標(biāo)翼型的曲面形狀。以滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際需要。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖1和2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述固定件2包括弧形板2-1和立板2-2，弧形板2-1的前端連接有一個(gè)立板2-2，立板2_2和弧形板2_1之間構(gòu)成一個(gè)通孔2-4。如此設(shè)置，便于與飛機(jī)機(jī)體固定連接。其它具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述固定件2還包括平板2-3，立板2-2上連接有一個(gè)平板2-3，平板2-3的端部具有圓柱形凸臺(tái)2_5，連接板7-3的中部具有與圓柱形凸臺(tái)2-5的側(cè)面相配的凹面7-3-1，圓柱形凸臺(tái)2-5的側(cè)面貼靠在連接板7-3的凹面7-3-1上。如此設(shè)置，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)SMA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，能有效地實(shí)現(xiàn)活動(dòng)件7能繞固定件2轉(zhuǎn)動(dòng)，方便可靠。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四，結(jié)合圖1 圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的弧形板2-1的后端的上部設(shè)置有第一鉤環(huán)2-1-1，弧形板2-1的后端的下部設(shè)置有第二鉤環(huán)2-1-2，連接板
7-3的上端具有第三鉤環(huán)7-3-2，連接板7-3的下端具有第四鉤環(huán)7_3_3，弧形板2_1的后端的上部通過鉤接在第一鉤環(huán)2-1-1和第三鉤環(huán)7-3-2上的一個(gè)彈性部件5與活動(dòng)件7的上板7-1連接，弧形板2-1的后端的下部通過鉤接在第二鉤環(huán)2-1-2和第四鉤環(huán)7-3-3上的另一個(gè)彈性部件5與活動(dòng)件7的下板7-2連接。如此設(shè)置，連接簡(jiǎn)便可靠，安裝使用方便，滿足設(shè)計(jì)要求。其它與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述至少一對(duì)彈性部件5為螺旋彈簧。如此設(shè)置，活動(dòng)件和固定件的連接可靠簡(jiǎn)便，同時(shí)方便活動(dòng)件能有效地圍繞固定件轉(zhuǎn)動(dòng)。其它與具體實(shí)施方式
一、二、三或四相同。
具體實(shí)施方式
六:結(jié)合圖1和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述機(jī)翼還包括四個(gè)接頭4，位于平板2-3上下側(cè)的立板2-2上分別設(shè)置一個(gè)接頭4，連接板7-3的上下端各設(shè)置有一個(gè)接頭4，每個(gè)形狀記憶合金絲3與相應(yīng)的兩個(gè)接頭4可拆卸連接。如此設(shè)置，占用空間小，方便記憶合金絲的連接安裝。其它與具體實(shí)施方式
三或四相同。
具體實(shí)施方式
七:結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述機(jī)翼還包括四個(gè)螺栓，每個(gè)接頭4為長(zhǎng)方體接頭，每個(gè)接頭4的其中一個(gè)厚度方向的側(cè)面的中部具有凹槽4-1，凹槽4-1的貫通方向與所述其中一個(gè)厚度方向相垂直，所述其中一個(gè)厚度方向的側(cè)面的中部具有螺紋孔4-2，螺紋孔4-2的軸線與凹槽4-2的貫通方向相垂直，每個(gè)記憶合金絲3的兩端穿過相應(yīng)的凹槽4-1，在螺紋孔4-2處旋擰入螺栓壓緊形狀記憶合金絲3。如此設(shè)置，便于記憶合金絲安裝和拆卸，連接可靠簡(jiǎn)便，本實(shí)施方式使用時(shí)，先將記憶合金絲通過螺栓固定好后，再將接頭焊接到固定件或活動(dòng)件上，可實(shí)現(xiàn)SMA和固定件或活動(dòng)件的連接，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述蒙皮I為彈性材料制成的蒙皮。如此設(shè)置，可塑性好，包裹結(jié)實(shí)，便于適合不同飛機(jī)的翼型的外蒙皮的需要，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述機(jī)翼包括蒙皮(I)、固定件(2)、活動(dòng)件(7)、至少一對(duì)形狀記憶合金絲(3)、至少一對(duì)彈性部件(5)和至少一對(duì)壓電纖維復(fù)合材料(8)，固定件(2)通過至少一對(duì)彈性部件(5)與活動(dòng)件(7)連接，位于至少一對(duì)彈性部件(5)之間設(shè)置有至少一對(duì)形狀記憶合金絲(3)，至少一對(duì)形狀記憶合金絲(3)的兩端分別與固定件(2)和活動(dòng)件(7)連接，活動(dòng)件(7)能繞固定件(2)轉(zhuǎn)動(dòng)，蒙皮(I)包裹在固定件(2)和活動(dòng)件(7)的外表面上，活動(dòng)件(7)包括上板(7-1)、下板(7-2)和連接板(7-3)，上板(7-1)、下板(7-2)和連接板(7-3)連接為一體呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上板(7-1)的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料(8)，下板(7-2)的內(nèi)表面上粘接有至少一個(gè)壓電纖維復(fù)合材料(8)，粘接在上板(7-1)內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料(8)與粘接在下板(7-2)內(nèi)表面上的壓電纖維復(fù)合材料(8)成對(duì)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述固定件(2)包括弧形板(2-1)和立板(2-2)，弧形板(2-1)的前端連接有一個(gè)立板(2-2)，立板(2-2)和弧形板(2-1)之間構(gòu)成一個(gè)通孔(2-4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述固定件(2)還包括平板(2-3)，立板(2-2)上連接有一個(gè)平板(2-3)，平板(2-3)的端部具有圓柱形凸臺(tái)(2-5)，連接板(7-3)的中部具有與圓柱形凸臺(tái)(2-5)的側(cè)面相配的凹面(7-3-1)，圓柱形凸臺(tái)(2-5)的側(cè)面貼靠在連接板(7-3)的凹面(7-3-1)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:弧形板(2-1)的后端的上部設(shè)置有第一鉤環(huán)(2-1-1)，弧形板(2-1)的后端的下部設(shè)置有第二鉤環(huán)(2-1-2)，連接板(7-3)的上端具有第三鉤環(huán)(7-3-2)，連接板(7-3)的下端具有第四鉤環(huán)(7-3-3)，弧形板(2-1)的后端的上部通過鉤接在第一鉤環(huán)(2-1-1)和第三鉤環(huán)(7-3-2)上的一個(gè)彈性部件(5)與活動(dòng)件(7)的上板(7_1)連接，弧形板(2-1)的后端的下部通過鉤接在第二鉤環(huán)(2-1-2)和第四鉤環(huán)(7-3-3)上的另一個(gè)彈性部件(5)與活動(dòng)件(7)的下板(7-2)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述至少一對(duì)彈性部件(5)為螺旋彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述機(jī)翼還包括四個(gè)接頭(4)，位于平板(2-3)上下側(cè)的立板(2-2)上分別設(shè)置一個(gè)接頭(4)，連接板(7-3)的上下端各設(shè)置有一個(gè)接頭(4)，每個(gè)形狀記憶合金絲(3)與相應(yīng)的兩個(gè)接頭(4)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述機(jī)翼還包括四個(gè)螺栓，每個(gè)接頭(4)為長(zhǎng)方體接頭，每個(gè)接頭(4)的其中一個(gè)厚度方向的側(cè)面的中部具有凹槽(4-1)，凹槽(4-1)的貫通方向與所述其中一個(gè)厚度方向相垂直，所述其中一個(gè)厚度方向的側(cè)面的中部具有螺紋孔(4-2)，螺紋孔(4-2)的軸線與凹槽(4-2)的貫通方向相垂直，每個(gè)記憶合金絲(3)的兩端穿過相應(yīng)的凹槽(4-1)，在螺紋孔(4-2)處旋擰入螺栓壓緊形狀記憶合金絲(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，其特征在于:所述蒙皮(I)為彈性材料制成的蒙皮。
全文摘要
一種由形狀記憶合金和壓電纖維復(fù)合材料組合驅(qū)動(dòng)的可變后緣機(jī)翼，它涉及一種用兩種驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的可變后緣的變體機(jī)翼，以解決單獨(dú)采用SMA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度慢和用MFC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力小的問題，它包括蒙皮、固定件、活動(dòng)件、至少一對(duì)形狀記憶合金絲、至少一對(duì)彈性部件和至少一對(duì)壓電纖維復(fù)合材料，固定件通過至少一對(duì)彈性部件活動(dòng)件連接，位于至少一對(duì)彈性部件之間設(shè)置有至少一對(duì)形狀記憶合金絲，至少一對(duì)形狀記憶合金絲均分別與固定件和活動(dòng)件連接，活動(dòng)件能繞固定件轉(zhuǎn)動(dòng)，蒙皮包裹在固定件和活動(dòng)件的外表面上，活動(dòng)件包括上板、下板和連接板，上板、下板和連接板連接為一體呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明用于制作飛機(jī)的機(jī)翼。
文檔編號(hào)B64C3/26GK103158860SQ20131008791
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者李承澤, 尹維龍, 王長(zhǎng)國, 李建軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)