專(zhuān)利名稱(chēng)：一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，屬于可充氣伸展機(jī)翼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)翼是每架飛機(jī)不可缺的用來(lái)產(chǎn)生升力的主要部件。通常分為左右兩個(gè)翼面，對(duì)稱(chēng)地布置在機(jī)身兩邊。機(jī)翼的一些部位(主要是前緣和后緣)可以活動(dòng)。駕駛員操縱這些部分可以改變機(jī)翼的形狀，控制機(jī)翼升力或阻力的分布，以達(dá)到增加升力或改變飛機(jī)姿態(tài)的目的。然而，機(jī)翼在飛行中的許多特殊功能往往在地面靜止?fàn)顟B(tài)下就成為無(wú)用之處。例如，因?yàn)樗拇嬖?，就需要大面積的停機(jī)坪、很大空間的機(jī)庫(kù)，在跑道上滑行轉(zhuǎn)彎時(shí)半徑亦很大等。為此，飛機(jī)設(shè)計(jì)師長(zhǎng)期以來(lái)一直在多方設(shè)法改變這種情況，使之既擁有升力功能，又具有盡可能小的停放空間?？沙錃馍煺箼C(jī)翼技術(shù)是解決這一問(wèn)題的一種重要方式?？沙錃馍煺箼C(jī)翼的結(jié)構(gòu)通常由蒙皮和拉條構(gòu)成。拉條用于約束氣囊，使充氣后的蒙皮保持目標(biāo)翼型的形狀。可充氣伸展機(jī)翼通常采用塑料薄膜制造，它具有取材容易、造價(jià)低、質(zhì)量輕、制造方便、可折疊、攜帶吊掛飛機(jī)便利、機(jī)翼能充氣、可伸展、耐疲勞、維護(hù)簡(jiǎn)單、可修補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)。但在使用中須考慮機(jī)翼本身承受的升力、剪力、重力、慣性力和彎矩，以及需要確保的柔韌性、強(qiáng)度、剛性、長(zhǎng)久保形的(即翼型、上反角、后掠角等)幾何參數(shù)。NASA曾試飛過(guò)使用充氣折疊機(jī)翼的1-2000無(wú)人駕駛飛機(jī)，其機(jī)翼翼展1.62m。儲(chǔ)存狀態(tài)下，機(jī)翼可以折疊收放到一個(gè)小型咖啡盒大小的容器內(nèi)。無(wú)人機(jī)在接到展開(kāi)機(jī)翼的指令后，機(jī)翼能在13s內(nèi)迅速充氣膨脹展開(kāi)，其速度甚至快于人眼的掃描速度。它由另外一架遙控飛機(jī)攜帶，在240nT 300m的高度上被釋放，然后利用自攜的氮?dú)馄恐械牡獨(dú)饨o機(jī)翼充氣，使其快速膨脹展開(kāi)。而在膨脹過(guò)程中，該無(wú)人機(jī)仍然保持住了飛行穩(wěn)定，最后，無(wú)動(dòng)力的1-2000無(wú)人機(jī)在遙控下緩緩降落，返回地面。1-2000無(wú)人機(jī)上帶有一個(gè)小型飛行數(shù)據(jù)記錄器，它將和錄像帶、像片一起回收，為后續(xù)的飛行分析提供有用的數(shù)據(jù)資料?？沙錃馍煺箼C(jī)翼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了剛性機(jī)體與柔性機(jī)翼的有機(jī)組合，具有剛?cè)嵯酀?jì)的特點(diǎn)?？沙錃馍煺箼C(jī)翼是輕于空氣飛行器與重于空氣飛行器相結(jié)合的一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)模式?？沙錃馍煺箼C(jī)翼技術(shù)豐富了機(jī)翼設(shè)計(jì)制造技術(shù)，具有軍民兩用前景。可充氣伸展機(jī)翼的維護(hù)、更換均很方便?？沙錃馍煺箼C(jī)翼的生產(chǎn)工序少、設(shè)備投資省、容易實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)?？沙錃馍煺箼C(jī)翼技術(shù)更新快、開(kāi)發(fā)周期短。但是可充氣伸展機(jī)翼存在著一個(gè)重要的缺點(diǎn)，即難以在上面布置襟翼、副翼、擾流片等操縱部件。因此可充氣伸展機(jī)翼難以根據(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。就是可充氣伸展機(jī)翼難以在上面布置襟翼、副翼、擾流片等操縱部件。因此可充氣伸展機(jī)翼難以根據(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。進(jìn)而提供一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，包括充氣機(jī)翼和驅(qū)動(dòng)元件，所述充氣機(jī)翼包括蒙皮和拉條，所述驅(qū)動(dòng)元件包括基板和壓電纖維復(fù)合材料，基板為彎曲成弧面的矩形，壓電纖維復(fù)合材料粘貼在基板的凹面上，基板的凸面與蒙皮的內(nèi)壁粘合。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出一種運(yùn)用壓電纖維復(fù)合材料對(duì)可充氣伸展機(jī)翼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方案，壓電纖維復(fù)合材料與基板的凹面粘貼構(gòu)成驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)元件與充氣機(jī)翼的蒙皮內(nèi)壁粘貼。本發(fā)明利用了壓電纖維復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng)特性，可驅(qū)動(dòng)充氣機(jī)翼變形，從而解決可充氣伸展機(jī)翼無(wú)法最優(yōu)化氣動(dòng)效率的問(wèn)題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一體性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)器制造方便，易于布置安裝。


圖1是本發(fā)明的主剖視結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)元件的主視 圖3是本發(fā)明單個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)效果 圖4是本發(fā)明的最終效果 圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。如圖f圖5所示，本實(shí)例所涉及的一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，包括充氣機(jī)翼I和驅(qū)動(dòng)元件2，所述充氣機(jī)翼I包括蒙皮1-1和拉條1-2，所述驅(qū)動(dòng)元件2包括基板2-1和壓電纖維復(fù)合材料2-2，基板2-1為彎曲成弧面的矩形，壓電纖維復(fù)合材料2-2粘貼在基板2-1的凹面上，基板2-1的凸面與蒙皮1-1的內(nèi)壁粘合。所述基板2-1的長(zhǎng)度等于其粘貼處相鄰兩個(gè)拉條1-2之間的蒙皮1-1的弧長(zhǎng)，曲率半徑等于其粘貼處蒙皮1-2的曲率半徑，基板2-1的寬度為與其粘貼的壓電纖維復(fù)合材料2-2寬度的100% 120%。所述壓電纖維復(fù)合材料2-2的長(zhǎng)度等于與其粘貼的基板2-1長(zhǎng)度的80°/Γ 00%，纖維方向?yàn)?°方向，驅(qū)動(dòng)元件2與蒙皮1-1粘貼之后，壓電纖維方向與充氣機(jī)翼I的弦長(zhǎng)方向平行。驅(qū)動(dòng)元件2沿著充氣機(jī)翼I的翼展和翼弦方向陣列式布置，沿翼展方向相鄰的兩組驅(qū)動(dòng)元件2之間存在間隙，間隙大小為曲面基板2-1的寬度的109Γ20%。驅(qū)動(dòng)元件2可根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)際需要，選擇粘貼位置和粘貼數(shù)量，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，驅(qū)動(dòng)元件2的粘貼數(shù)量沿翼弦方向不少于3個(gè)，沿翼展方向不少于3組，粘貼與充氣機(jī)翼I的后緣部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)效果最為顯著。
拉條1-2的數(shù)量和位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇，拉條1-2的數(shù)量通常介于1(Γ25之間，相鄰的兩個(gè)拉條1-2的距離通常為機(jī)翼弦長(zhǎng)的1/lf 1/26。本發(fā)明將壓電纖維復(fù)合材料粘貼在基板的凸面即構(gòu)成另一種形式的驅(qū)動(dòng)元件，將這種形式的驅(qū)動(dòng)元件與充氣機(jī)翼的蒙皮外壁粘貼，配合粘貼在充氣機(jī)翼的蒙皮內(nèi)壁的驅(qū)動(dòng)器，可使結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)能力提高兩倍，進(jìn)而增大機(jī)翼的變形能力。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，這些具體實(shí)施方式
都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實(shí)現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)·明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，其特征在于，包括充氣機(jī)翼(I)和驅(qū)動(dòng)元件(2)，所述充氣機(jī)翼(I)包括蒙皮(1-1)和拉條(1-2)，所述驅(qū)動(dòng)元件(2)包括基板(2-1)和壓電纖維復(fù)合材料(2-2)，基板(2-1)為彎曲成弧面的矩形，壓電纖維復(fù)合材料(2-2)粘貼在基板(2-1)的凹面上，基板(2-1)的凸面與蒙皮(1-1)的內(nèi)壁粘合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，其特征在于，所述基板(2-1)的長(zhǎng)度等于其粘貼處相鄰兩個(gè)拉條(1-2)之間的蒙皮(1-1)的弧長(zhǎng)，曲率半徑等于其粘貼處蒙皮(1-2)的曲率半徑，基板(2-1)的寬度為與其粘貼的壓電纖維復(fù)合材料(2-2)寬度的100°/Γ120%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，其特征在于，所述壓電纖維復(fù)合材料(2-2)的長(zhǎng)度等于與其粘貼的基板(2-1)長(zhǎng)度的809^100%，纖維方向?yàn)?°方向,驅(qū)動(dòng)兀件(2)與蒙皮(1-1)粘貼其壓電纖維方向與充氣機(jī)翼(I)的弦長(zhǎng)方向平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，其特征在于，驅(qū)動(dòng)元件(2)沿著充氣機(jī)翼(I)的翼展和翼弦方向陣列式布置，沿翼展方向相鄰的兩組驅(qū)動(dòng)元件(2)之間存在間隙，間隙大小為基板(2-1)的寬度的109Γ20%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的可變形的可充氣伸展機(jī)翼，屬于可充氣伸展機(jī)翼技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括充氣機(jī)翼和驅(qū)動(dòng)元件，所述充氣機(jī)翼包括蒙皮和拉條，所述驅(qū)動(dòng)元件包括基板和壓電纖維復(fù)合材料，基板為彎曲成弧面的矩形，壓電纖維復(fù)合材料粘貼在基板的凹面上，基板的凸面與蒙皮的內(nèi)壁粘合。本發(fā)明提出一種運(yùn)用壓電纖維復(fù)合材料對(duì)可充氣伸展機(jī)翼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方案，壓電纖維復(fù)合材料與基板的凹面粘貼構(gòu)成驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)元件與充氣機(jī)翼的蒙皮內(nèi)壁粘貼。本發(fā)明利用了壓電纖維復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng)特性，可驅(qū)動(dòng)充氣機(jī)翼變形，從而解決可充氣伸展機(jī)翼無(wú)法最優(yōu)化氣動(dòng)效率的問(wèn)題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一體性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)器制造方便，易于布置安裝。
文檔編號(hào)B64C3/30GK103158859SQ20131011682
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者尹維龍, 李承澤, 張桂丹, 呂海寶, 李建軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)