一种形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构的利记博彩app

专利名称：一种形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及飞行器翼结构技术，具体涉及一种形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构。
(二)
背景技术：
自从NASA在1984年开展"智能翼"计划以来，飞行器智能变形结构的相关研究相继被全 世界的研究机构、团体和个人广泛地开展起来。从最初的无铰链弯曲的概念已经发展到了飞 行器大规模变形的研究。飞行器的变形主要集中在翼结构的变形上。机翼或弹翼结构是飞机 或导弹等飞行器产生升力的主要部件，其形状、大小、刚度等物理性能对于在气流中高速运 动的飞行器来讲，具有很大的影响。 一些研究表明，在飞行器翼结构上微小的凸起或凹陷都 会引起气动力在翼表面的重新分布并引发巨大的影响作用，这种影响作用可能是有益的也可 能是有害的。研究人员一直希望，通过使飞行器的翼结构变形来获得这种有益的影响作用。 特别是翼结构的翼型对有翼飞行器在不断变化的飞行环境中有着关键的影响作用，通过驱动 元件使翼型随着飞行环境的变化向着有益的方向变形，将对飞行器的飞行效率产生重要意义。
一般的驱动元件在翼结构的狭窄空间内难以施展，这些驱动元件要么变形不足，要么驱动力 不足，要么安装空间不足。使用形状记忆合金(SMA)弹簧驱动结构就可以在有限的空间内 实现足够的驱动力和驱动位移。
(三)

发明内容
本发明的目的在于提供一种可以在有限的空间内实现足够的驱动力和驱动位移，结构合 理、操作简单的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构。
本发明的目的是这样实现的它包括前后缘、复合材料蒙皮、承载框架、驱动机构和形 状记忆合金弹簧驱动的冗余结构，驱动机构和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构安装在承载 框架上，形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构包括形状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺 母、SMA弹簧固定螺帽、SMA弹簧固定螺柱和尼龙推杆，形状记忆合金弹簧分别通过SMA 弹簧固定螺帽和SMA弹簧固定螺柱设置在尼龙套管内，尼龙螺母通过与尼龙套管的配合使 尼龙套管固定在承载框架上，尼龙推杆连接SMA弹簧固定螺柱。
本发明还有这样一些技术特征
1、所述的形状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺母、SMA弹簧固定螺帽构成驱动 机构中的拉力输出机构，形状记忆合金弹簧从SMA弹簧固定螺帽上端旋入，在SMA弹簧固 定螺帽表面直接引出导线；2、 所述的形状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺母、SMA弹簧固定螺柱和尼龙推 杆构成驱动机构中的压力输出机构，SMA弹簧固定螺柱穿过形状记忆合金弹簧设置，尼龙推 杆连接SMA弹簧固定螺柱构成压力销；
3、 所述的承载框架是由L形及U形不锈钢型材连接成梯形，有三根横梁，分别位于尖 弦、根弦及二者中位线位置，横梁上各开有10个安装圆孔，尺寸小于翼外形；
4、 所述的前后缘与复合材料蒙皮构成承力盒，承力盒外表面的复合材料蒙皮由复合材料 构成，中间的加强结构为钢制槽形梁，其通过胶膜与复合材料蒙皮连接，二.个承力横梁通过此 刚性梁与前缘和后缘实现连接，形成前缘盒与后缘盒；
5、 所述的复合材料蒙皮包括上下蒙皮，并分为上下两块，分别采用一端固支一端滑动支 撑的约束条件，蒙皮固定在后缘盒下方，通过垫板固定，在前缘盒内是被滑动支撑的，在蒙皮 受到载荷作用时，滑动支撑一端蒙皮可以通过向两侧滑动，蒙皮与垫板相固定，垫板的另一侧 与辊子相接触，上下辊子通过弹簧片压紧蒙皮限制蒙皮在垂直于辊子方向上的自由度；
6、 所述的驱动机构通过过渡零件与蒙皮连接，过渡零件包括过渡金属片和连接螺栓，过 渡金属片与蒙皮通过胶膜连接，连接螺栓固定在金属片上；
7、 所述的形状记忆合金弹簧均采用同一规格并且构成串联电路，串联屯路连接驱动电 源，驱动元件之间的连接导线与蒙皮固定；
8、 所述的卜'蒙皮连接拉力输出机构，上蒙皮连接压力输出机构，蒙皮后缘部分与承载结 构直接胶接，前缘部分与垫板胶接后，将垫板插入承载结构中，上蒙皮不与驱动机构固定，上 蒙皮的后缘直接与承载框架连接，甜缘部分与垫板连接后插入承载框架中。
木发明通过安装在在剖面可变形翼结构内部的承载结构上一定数目的驱动结构元件，通 过这些驱动元件的定位及离散点控制实现翼蒙皮向目标曲线形状的变形。驱动结构的主要驱 动元件使用形状记忆合金弹簧，使用电加热驱动。另外，形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形 结构的蒙皮约束条件不同于传统的翼结构蒙皮的约束条件，在剖面可变形结构中使用了一种 蒙皮一端完全约束一端沿翼平面方向可以滑动的约束条件。本发明具有轻质、微型，可以在 有限的空间内实现足够的驱动力和驱动位移，结构合理、操作简单，可靠性高等特点。
本发明的特点有
1、 所述的复合材料蒙皮使用T700/环氧树脂以(0/90/0/90/0)铺层，经中温固化而成；
2、 所述的承载框架是由L形及U形不锈钢型材连接成梯形，有三根主要横梁，横梁上 各开有10个安装圆孔，尺、」-略小于翼外形，其是主要承载结构及驱动元件的安装平台；
3、 所述的尼龙螺母通过与尼龙套管的配合使尼龙套管固定在承载结构的圆孔上，并调节 咼度；
4、 所述的形状记忆合金弹簧使用TiNi弹簧；
5、 所述的尼龙套管带有外螺纹，其是SMA弹簧的容器并具有蒙皮变形定位的作用；
6、 所述的SMA弹簧固定螺帽是弹簧输出拉力的主要传递元件，使用导电性良好的铜质 材料加工，螺帽的螺纹与对应SMA弹簧的中径及丝径相配合；
7、 所述的SMA弹簧固定螺柱是SMA弹簧输出推力的主要元件，使用导电性良好的铜 质材料加工，螺柱的螺纹与对应SMA弹簧的中径及丝径相配合；
8、 所述的尼龙推杆是驱动元件输出推力驱动蒙皮向上变形的主要零件。
(四)


图1为承载结构金属框架示意图； 图2-图3为前后缘盒与承载结构的连接示意图； 图4为后缘蒙皮连接方式及位置关系示意图； 图5为前缘蒙皮连接方式及位置关系示意图； 图6为蒙皮与驱动机构间的过渡零件示意图； 图7为剖面可变形弹翼总体构成形式示意图8-图9为驱动机构示意图10-图15为驱动结构主要零件示意图16为串联的电路的连接方案。
(五)
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明
结合附图，本实施例包括前缘盒4、后缘盒2、复合材料蒙皮l、承载框架IO、驱动机构
和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构，驱动机构和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构安装在
承载框架10上，形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构包括形状记忆合金弹簧14、尼龙套管15、 尼龙调节螺母16、 SMA弹簧固定螺帽13、 SMA弹簧固定螺柱和尼龙推杆17，形状记忆合金 弹簧14分别通过SMA弹簧固定螺帽13和SMA弹簧固定螺柱设置在尼龙套管15内，尼龙 螺母16通过与尼龙套管15的配合使尼龙套管15固定在承载框架10上，尼龙推杆17连接 SMA弹簧固定螺柱。
本实施例中为了使飞行器翼结构能够发生向预定曲线的变形，通过使用由SMA弹簧组 成的驱动器结构利用离散点的位移控制，实现翼结构蒙皮的曲线变形。发明内容主要包括以 下几个部分
1、承载结构
翼型可变形结构除了具有剖面可变形的功能外，其另一个主要功能是承载。其主要承载
结构采用金属型材(图1)框架构成主力承载结构，驱动蒙皮变形的驱动机构也要安装在主 力承载框架上，在整个翼结构内部采用三根弦向横梁，分别位于尖弦、根弦及二者中位线位 置，每个横梁上开有10个安装圆孔，用于安装驱动元件结构。
承载框架具有一定的弯曲、扭转刚度，在驱动机构发生动作对蒙皮施加载荷的时候，其 反作用力只会使承载结构发生较小变形。
另一个主要承载结构为前后缘构成的承力盒，盒外表面的蒙皮由复合材料构成，中间的 加强结构为钢制槽形梁，其通过胶膜与复合材料连接。三个承力横梁通过此刚性梁与前缘和 后缘实现连接(图2-3)。
2、 蒙皮结构
蒙皮使用碳纤维/环氧树脂复合材料制造，在特定模具中成形。剖面形状发生指定的变形 后，对于两端完全固定的蒙皮来讲，其将发生超过本身容许范围的应变，会导致复合材料发 生损伤甚至破坏。考虑到复合材料变形的允许范围，将传统的固定不动蒙皮分为上下两块， 并分别采用一端固支一端滑动支撑的约束条件，在蒙皮受到载荷作用时，滑动支撑一端蒙皮 可以通过向两侧的滑动克服变形与应变的矛盾，实现在两个约束端之间蒙皮宏观上"伸长"或 "压縮"的等效变形。蒙皮的固定方式及位置关系如图4所示，由于蒙皮l固定在后缘盒2下 方，为了避免蒙皮1与后缘盒2表面的错位，通过垫板3调节蒙皮位置，使之与后缘盒表面 同在一个平面上。
蒙皮1在前缘盒4内是被滑动支撑的，为了使蒙皮1与前缘盒4表面同在一个平面上同 样需要垫板5调节蒙皮位置，与后缘处的区别是垫板5与蒙皮1相固定，与前缘盒内表面可 以相对滑动，垫板5的另一侧与辊子6相接触。上下辊子通过弹簧片压紧蒙皮限制蒙皮在垂 直于辊子方向上的自由度，其构成形式和位置关系如图5中所示。
蒙皮的外表面与空气气流直接接触，通过其气动外形使导弹在飞行中获得期望的气动力， 其外表必须光滑平整。驱动零件直接作用于蒙皮使蒙皮发生预期的变形，驱动机构与蒙皮的 连接不能破坏其表面的平整性，所以必须使用过渡零件完成驱动零件与蒙皮1的连接。如图 6所示，过渡金属片7与蒙皮通过胶膜9连接，连接螺栓8固定在过渡金属片7上。集成全 动元件后的剖面可变形翼结构的总体构成形式如图7中所示。
3、 驱动结构
驱动结构的核心元件为形状记忆合金弹簧，选用的SMA弹簧为丝径1.5mm，外径9mm 成分为TiNi合金的SMA弹簧，其相变点的温度为65°C。驱动机构的各部件尺寸都依据SMA 弹簧的安装尺寸进行设计。考虑到形状记忆合金本身的特殊性，其与其他金属进行连接时还 没有有效的焊接手段可以在不影响形状记忆效应的前提下实现稳固连接，所以目前主要使用
机械压紧的方法实现连接。根据弹簧具有螺纹的性质，设计了一种固定端子，SMA弹簧可以 从固定端子上端旋入，可以保证在尽可能小的空间内固定SMA弹簧，并且固定端子使用金 属铜制造，可以使用锡焊在表面直接引出导线，保证电路连接。
在较小的空间内安装SMA弹簧，SMA的用量较小，如果SMA的材料截面较大的话， 虽然由SMA构成的电路电阻将会很小，任何短路故障都将使驱动失效，使电源受损。所以 需要将SMA与整个结构的其他无关金属零件隔离。这种隔离是通过将制造SMA与其他零件 之间的隔离零件采用尼龙这种具有一定强度的绝缘材料。在驱动机构中拉力输出机构的中的 定位套管与锁紧螺母采用尼龙制造。在压力输出机构中定位套管和压力销采用尼龙制造，这 些微小零件组成的驱动机构将完成驱动力输出及位移精确控制。最终的设计结构采用如图8-9 所示的套管结构，可以通过利用横梁上下空间减小安装难度，并减小了径向尺寸，使尖弦部 分的驱动件的密集排列成为可能。
构成驱动结构的零件共有六种SMA弹簧(图10)、尼龙套管(图11)、尼龙调节螺母 (图12)、 SMA弹簧固定螺帽(图13)、 SMA弹簧固定螺柱(图14)及尼龙推杆(图15)。
4、电路结构
驱动结构中的尼龙套管既是SMA弹簧的容器，也是关键的定位元件。通过调整尼龙套 管在承载结构上的安装高度，分别确定上下蒙皮的变形的定位点。这种高度的调整依照设计 过程中的关键点数据与铜件厚度和蒙皮厚度来决定。
由于整个翼蒙皮各个点的变形必须同步才能保证形状的连续性，所以驱动的SMA弹簧 均采用同一规格并且构成串联电路，这样驱动电源施加在每一个弹簧上的电流是相同的，在 相同的环境条件下，SMA弹簧通电发热的温度是相同的，进而引起其相变变形的情况是相同， 达到同步的目的。
驱动元件的数目较多(共30个)，在串联布线时需要规范整洁，应尽量减少导线的交叉
增加可靠性并且便于故障排査，在串联时依照图16中的顺序进行连接，驱动元件之间的连接
导线与蒙皮固定。导线在焊接过程中不能干涉可动零件的移动及固定零件的定位。
5、驱动结构与蒙皮的连接
翼蒙皮的变形上蒙皮与下蒙皮均是向上弯曲趋势，下蒙皮需要拉力机构提供拉力使蒙皮
向上弯曲，上蒙皮需要压力机构提供向上的支持力引导蒙皮弯曲。根据蒙皮的安装条件，下
蒙皮需要与拉力机构胶接才能保证拉力的有效性以及蒙皮表面光滑连续的要求。各个胶接零
件在尼龙套管的定位下与蒙皮实现胶接，安装的标准是铜制零件在旋入弹簧后，15个弹簧
同时穿入安装在承载结构上对应套管零阻力，否则附加的阻力将影响驱动效果。
下蒙皮完成了与驱动元件的连接后，将SMA弹簧依照对应驱动元件旋入后穿入承载结
构的尼龙套管中，将蒙皮后缘部分与承载结构直接胶接，前缘部分与垫板胶接后，将垫板插 入承载结构中的支撑结构中，完成下蒙皮的安装。
上蒙皮不需要与驱动机构固定，在压力驱动机构机械调节和电力连接完成之后，将上蒙 皮的后缘直接与承载结构连接，前缘部分与垫板连接后插入承载结构中的支撑结构。
权利要求
1.一种形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，它包括前后缘、复合材料蒙皮、承载框架，其特征在于它还包括驱动机构和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构，驱动机构和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构安装在承载框架上，形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构包括形状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺母、SMA弹簧固定螺帽、SMA弹簧固定螺柱和尼龙推杆，形状记忆合金弹簧分别通过SMA弹簧固定螺帽和SMA弹簧固定螺柱设置在尼龙套管内，尼龙螺母通过与尼龙套管的配合使尼龙套管固定在承载框架上，尼龙推杆连接SMA弹簧固定螺柱。
2、 根据权利要求1所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的形 状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺母、SMA弹簧固定螺帽构成驱动机构中的拉力 输出机构，形状记忆合金弹簧从SMA弹簧固定螺帽上端旋入，在SMA弹簧固定螺帽表 面直接引出导线。
3、 根据权利要求2所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的形 状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺母、SMA弹簧固定螺柱和尼龙推杆构成驱动机 构中的压力输出机构，SMA弹簧固定螺柱穿过形状记忆合金弹簧设置，尼龙推杆连接SMA 弹簧固定螺柱构成压力销。
4、 根据权利要求3所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的承 载框架是由L形及U形不锈钢型材连接成梯形，有三根横梁，分别位于尖弦、根弦及二 者中位线位置，横梁上各开有10个安装圆孔，尺寸小于翼外形。
5、 根据权利要求4所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的前 后缘与复合材料蒙皮构成承力盒，承力盒外表面的复合材料蒙皮由复合材料构成，中间的 加强结构为钢制槽形梁，其通过胶膜与复合材料蒙皮连接，三个承力横梁通过此刚性梁与 前缘和后缘实现连接，形成前缘盒与后缘盒。
6、 根据权利要求5所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的复 合材料蒙皮包括上下蒙皮，并分为上下两块，分别采用一端固支一端滑动支撑的约束条件， 蒙皮固定在后缘盒下方，通过垫板固定，在前缘盒内是被滑动支撑的，在蒙皮受到载荷作 用时，滑动支撑一端蒙皮可以通过向两侧滑动，蒙皮与垫板相固定，垫板的另一侧与辊子 相接触，上下辊子通过弹簧片压紧蒙皮限制蒙皮在垂直于辊子方向上的自由度。
7、 根据权利要求6所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的驱 动机构通过过渡零件与蒙皮连接，过渡零件包括过渡金属片和连接螺栓，过渡金属片与蒙 皮通过胶膜连接，连接螺栓固定在金属片上。.
8、 根据权利要求7所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的形 状记忆合金弹簧均采用同一规格并且构成串联电路，串联电路连接驱动电源，驱动元件之 间的连接导线与蒙皮固定。 9、根据权利要求8所述的形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构，其特征在于所述的下 蒙皮连接拉力输出机构，上蒙皮连接压力输出机构，蒙皮后缘部分与承载结构直接胶接， 前缘部分与垫板胶接后，将垫板插入承载结构中，上蒙皮不与驱动机构固定，上蒙皮的后 缘直接与承载框架连接，前缘部分与垫板连接后插入承载框架中。
全文摘要
本发明提供了一种形状记忆合金弹簧驱动剖面可变形翼结构。它包括前后缘、复合材料蒙皮、承载框架、驱动机构和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构，驱动机构和形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构安装在承载框架上，形状记忆合金弹簧驱动的冗余结构包括形状记忆合金弹簧、尼龙套管、尼龙调节螺母、SMA弹簧固定螺帽、SMA弹簧固定螺柱和尼龙推杆，形状记忆合金弹簧分别通过SMA弹簧固定螺帽和SMA弹簧固定螺柱设置在尼龙套管内，尼龙螺母通过与尼龙套管的配合使尼龙套管固定在承载框架上，尼龙推杆连接SMA弹簧固定螺柱。本发明具有轻质、微型，可以在有限的空间内实现足够的驱动力和驱动位移，结构合理、操作简单，可靠性高等特点。
文档编号B64C3/18GK101367433SQ200810137250
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者东 于, 张博明, 戴福洪, 军 梁, 解维华, 赵海涛 申请人:哈尔滨工业大学