[发明专利]一种由形状记忆合金和压电纤维复合材料组合驱动的可变后缘机翼

说明书

技术领域

本发明涉及一种用两种驱动器进行驱动的可变后缘的变体机翼，属于变体飞行器领域。

背景技术

飞机发明至今，如何提高飞机的气动性能一直是飞机设计师研究的重要内容之一。目前定翼机的机翼都是按照固定的角度从机身向外伸展，足够坚固，飞行时不会产生大的移动或扭曲，尽管它具有用于提高飞行效率的前、后缘襟翼这些气动操作件，但其本身仍然是刚性表面，难以根据飞行时的飞行条件改变机翼的特征，飞机机翼的气动效率得不到最优化。而自然界中的鸟翼却可以随时根据飞行的需要进行微妙的调整，达到令人惊叹的高效率。以智能材料与结构为基础的变体机翼将是解决传统飞机机翼和感觉灵敏的鸟类翅膀之间的差距这一问题的有效方法。它将新型智能材料、新型作动器、激励器、传感器无缝地综合应用于飞行器机翼，通过应用灵敏的传感器和作动器，光滑而持续地改变机翼的形状，对不断改变的飞行条件做出响应，从而可使飞机像鸟一样随意地在空中进行盘旋、倒飞和侧向滑行。

驱动元件是变体结构的关键技术之一，它的作用是执行信息处理和控制单元发出的指令。在智能变体结构中，驱动元件和传感元件一般复合在基体内部，通过信息处理和控制单元，根据识别到的外部参数，经过分析判断，依靠埋入材料内部的驱动元件来实现动作，进而改变结构的形状、应力、应变等特性，使变体结构实现其环境变化的要求。目前应用的驱动器材料主要有电磁流变材料、磁致伸缩材料、电致伸缩材料、压电材料、形状记忆材料、高分子聚合物等。形状记忆合金(SMA)和压电纤维复合材料(MFC)是国内外研究中普遍采用的智能驱动器。MFC具有轻质、高效、容易制造等优点，更重要的是可应用于曲面结构但同其他类型驱动器相比，MFC的驱动力及力矩还是小得多；SMA驱动力大，但是对敏捷的机动飞行而言响应时间不够快。

发明内容

本发明的目的是为解决单独采用SMA进行驱动响应速度慢和用MFC进行驱动的驱动力小的问题，进而提供一种由形状记忆合金和压电纤维复合材料组合驱动的可变后缘机翼。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的一种由形状记忆合金和压电纤维复合材料组合驱动的可变后缘机翼包括蒙皮、固定件、活动件、至少一对形状记忆合金丝、至少一对弹性部件和至少一对压电纤维复合材料，固定件通过至少一对弹性部件与活动件连接，位于至少一对弹性部件之间设置有至少一对形状记忆合金丝，至少一对形状记忆合金丝的两端分别与固定件和活动件连接，活动件能绕固定件转动，蒙皮包裹在固定件和活动件的外表面上，活动件包括上板、下板和连接板，上板、下板和连接板连接为一体呈环状结构，上板的内表面上粘接有至少一个压电纤维复合材料，下板的内表面上粘接有至少一个压电纤维复合材料，粘接在上板内表面上的压电纤维复合材料与粘接在下板内表面上的压电纤维复合材料成对设置。

本发明的有益效果是：本发明提出一种运用形状记忆合金(SMA)及压电纤维复合材料(MFC)组合的驱动器共同对机翼后缘进行驱动的方案，SMA通过连接固定件和活动件，弹性部件连接固定件和活动件。用SMA进行驱动时，可拉动活动件绕固定件转动。MFC粘贴在活动件上板和下板的内表面上，可驱动活动件发生弹性变形。本发明的固定件为一个相对飞机机体固定的部件，活动件为一个作为机翼后缘的部件，本发明利用了SMA驱动力大的优点(施加约束时，最高应力可达700Mpa)，可驱动机翼后缘发生大角度(正负20°的转角)的转动，同时利用了MFC响应速度快的优点，可快速驱动机翼后缘发生变形。同现有的单独运用SMA或MFC进行驱动的变体机翼相比，变体机翼能在后缘处产生较大变形，具有变形幅度大(正负20°的转角)，响应速度快(响应时间小于20毫秒)等优点。本发明结构简单，设计合理，运行稳定。

附图说明

图1是本发明的主剖视结构意图，图2是本发明的固定件的主视结构示意图，图3是本发明的活动件的主视结构示意图，图4是接头的结构示意图。

具体实施方式