[发明专利]基于形状记忆合金驱动的变体机翼后缘及其偏转方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行控制领域，具体涉及一种在较薄翼型的情况下设计一种基于形状记忆合金驱动的变体后缘机构及其偏转方法。

背景技术

传统后缘襟翼驱动方式主要为机电驱动式，例如液压驱动，优点在于高灵敏度和安全性，适合于大负载要求，但其存在成本大、易漏油等缺点；电机驱动，其优点在于具有较大的功率质量比，控制精度高，但是驱动电路较为复杂，对设备稳定性要求高。随着新材料新技术的研究和发展，新型智能材料不断涌现，在此之中适合作驱动元件的主要有压电陶瓷材料、磁致伸缩材料和形状记忆合金(SMA)。

形状记忆合金是近几十年发展起来的一种新型智能材料，它具有功重比高、回复力大、回复形变大、抗冲击能力强等优点被广泛应用于航空航天、工业仪器仪表、医疗器械、机器人等诸多领域。形状记忆合金是一种新型的智能材料，具有“形状记忆”的特殊效应。当SMA材料被加热，温度达到某一值时，能够消除原有的塑性变形，回复到变性前的状态。

形状记忆效应一般金属在受到外力作用后被拉伸，首先产生的是弹性变形，当达到应力屈服点后，金属就产生了塑形变形，应力消除后无法回复原状，留下永久变形，而有些材料在加热到一定温度后能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应。压电陶瓷材料作为驱动元件激励功率小，响应速度快，尺寸可以做到很小和很薄，使用灵活，但是当位移较大时，它产生的力就比较小，要获得最大的应变量时，需要的驱动电压也要很高。磁致伸缩材料的频率特性好，可靠性高，无疲劳，但也存在伸缩变形很小，需要施加外磁场、驱动需要的能量大，势必导致整个机构装置外形尺寸大，结构复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于形状记忆合金驱动的变体机翼后缘及其偏转方法，利用了新型智能材料形状记忆合金驱动代替了传统的电机驱动，解决了在薄翼型的情况下没有足够的空间安装电机等问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

提供基于形状记忆合金驱动的变体机翼后缘，所述后缘为采用形状记忆合金SMA配合传动机构构成的驱动系统，所述系统包括翼肋、SMA丝、绝缘杆以及传动机构；所述翼肋包括若干个相互连接的关节，所述SMA丝一端缠绕并固定在绝缘杆上，另一端固定在翼肋上；所述绝缘杆与传动机构啮合，所述传动机构连接在各关节的节点上，使翼肋以节点为轴相对作圆周运动。

所述传动机构包括蜗轮、第一翼肋转轴、第一同步轮、同步带、第二翼肋转轴；所述翼肋包括对称设置的左右翼肋，其中，所述蜗轮同轴连接在第二翼肋转轴中间位置，第二翼肋转轴两端与分别与一个第二同步轮同轴固定连接，第二同步轮上设有同步带；所述同步带带动第一同步轮转动，第一同步轮同轴固定在第一翼肋转轴的两端，所述第一翼肋转轴、第二翼肋转轴同向的一端连接在一侧翼肋的节点上，使各关节可相对周向旋转。

所述绝缘杆将SMA丝缠绕在绝缘杆上，且绝缘杆的末端连接有蜗杆；所述后缘包括上下两组叠置的驱动系统，上、下驱动系统通过蜗杆连接为一整体。

所述上、下驱动系统同时实现上下偏置变体，所述SMA丝包括左右SMA丝，左右SMA丝以相反的缠绕方向缠绕并固定在绝缘杆处，另一端连接在动驱动系统的两侧翼肋上。

所述各关节的节点处为同轴咬合连接，使节点两侧的翼肋以节点为轴在设定范围内转动，第一翼肋转轴与第一段翼肋通过键固定连接。

基于形状记忆合金驱动的变体机翼后缘的偏转方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，加热一侧SMA丝，通过SMA丝的形状记忆合金效应带动绝缘杆、蜗杆转动；

步骤二，蜗杆带动蜗轮、第二翼肋转轴、第二同步轮、同步带以及第一翼肋转轴转动，第一翼肋转轴与翼肋之间的键与翼肋的第一节点固定，从而带动第一翼肋转动，此时地二翼肋保持不动；

步骤三，当翼肋的第一关节运动到设置角度后，以第二节点为轴，第一关节带动第二关节产生偏置运动，当第二关节偏置到设置角度时，后缘一个开襟翼周期偏转完成；

步骤四，加热另一侧的SMA丝，绝缘杆和蜗杆向相反方向偏转，实现闭襟翼的过程。

所述闭襟翼周期偏转为与开襟翼周期偏转顺序相反。

所述变体后缘偏转角度最大为：

蜗杆转动的周数为l＝n₁(n₂)*(α+β)；

其中，n₁与n₂上下蜗轮蜗杆的传动比，前两段转动关节的偏转角度分别为α和β。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：