[发明专利]一种可改变刚度的变形机翼蒙皮

说明书

技术领域

本发明涉及一种变形机翼蒙皮，属于航空航天技术领域。

背景技术

无论是飞行动物还是人造飞行器，为了执行不同任务(如巡航、盘旋、攻击或逃生等)，或为了满足飞行环境(如高度、速度和气候等)的不同要求，往往需要相应的调整形态，以达到高效能、安全以及任务要求等目的。传统的飞机通过机械装置采用改变机翼外形的办法以适应起降、巡航和高度飞行等不同的飞行状态，力求获得比较理想的性能，改变机翼外形的办法如采用前缘缝翼、后缘襟翼、变后掠角、变翼型弯度或变展长等方法。但传统的飞机的机械装置机构复杂、功能受限、效率较低，难以适应较广范围飞行条件的变化。

近些年来，随着智能材料和复合材料的出现和迅猛发展，为可变形飞行器的发展提供了良好的材料基础。同时，国防现代化对高新武器的需求也对智能变形飞行器的研究起了推动作用。美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2003年启动了“可变形飞行器结构(MAS)”计划，该计划明确指出，可变形飞行器要实现机翼面积变化50％以上，机翼后掠角要变化30度以上。相关人士也指出新概念可变形飞行器应该从根本上改变机翼的平面形状，如机翼面积可变化100％。

可变形飞行器可以根据外界的飞行环境来改变自身的气动布局，达到飞行性能最优的目的。可变形飞行器设计中最为重要的是蒙皮的设计。机翼要实现其弦长、展长、后掠角和面积等的大幅度变化，蒙皮必须能够承受足够大的变形，且在变形过程中要有足够的刚度来维持机翼的气动外形，同时在变形过程中蒙皮材料的剪切模量要尽可能的小以减少驱动器对能量的要求。目前，变形机翼研究中最为主要的一种蒙皮采用了橡胶类材料。这种蒙皮虽然满足机翼变形和气密性要求，但承载和变形驱动则完全由机翼内部机构实现。例如Northrop Grumman Corporation的可变后缘采用了蜂窝复合材料结构和硅橡胶蒙皮相结合形式。但由于橡胶类材料的蒙皮承受气动载荷的能力差，所以机翼的整体承载能力低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的橡胶类材料的蒙皮受气动载荷的能力差，机翼的整体承载能力低的问题，进而提供一种可改变刚度的变形机翼蒙皮。

本发明的技术方案是：一种可改变刚度的变形机翼蒙皮由硅橡胶蒙皮基体、多根变刚度增强管、工作流体和多个控制阀组成，所述多根变刚度增强管平行镶嵌在硅橡胶蒙皮基体内，每个控制阀设置在硅橡胶蒙皮基体的外表面上且与相应的变刚度增强管连通，每根变刚度增强管的两端均为封闭的，所述每个变刚度增强管由复合材料外层、内衬管和工作流体组成，所述复合材料外层包裹在内衬管的外表面上，所述工作流体填充在内衬管内。

本发明具有以下有益效果：本发明的蒙皮结构改善了传统机翼机构复杂、功能受限、效率较低，难以适应较广范围飞行条件的变化的劣势，改善了单纯以橡胶为蒙皮材料带来的承载能力低的缺点，机翼的整体承载能力低，本发明的蒙皮受气动载荷的能力强，机翼的整体承载能力高，满足了变形蒙皮大变形的要求。本发明变刚度前后保持了蒙皮表层的光滑性和连续性，变刚度过程中对驱动能的要求低；本发明的制作工艺简单易操作且成本低廉。本发明不仅可以改变机翼形状，利用本发明的相关技术还可以用于机器人、半自动装载系统、可变翼巡飞弹和舰船潜艇等民用和军用结构系统中，为实现结构系统的安全化、智能化、自适应化提供有力的基础保障，大大地提高了结构系统在工作时的各种性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构轴测图，图2是本发明的变刚度增强管的横截面剖视图，图3是复合材料外层中的增强相材料的纤维与变刚度增强管的径向成度角复合于形状记忆聚合物基体相材料中的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图2说明本实施方式，本实施方式的一种可改变刚度的变形机翼蒙皮由硅橡胶蒙皮基体1、多根变刚度增强管2和多个控制阀3组成，所述多根变刚度增强管2平行镶嵌在硅橡胶蒙皮基体1内，每个控制阀3设置在硅橡胶蒙皮基体1的外表面上且与相应的变刚度增强管2连通，每根变刚度增强管2的两端均为封闭的，所述每个变刚度增强管2由复合材料外层4、内衬管5和工作流体6组成，所述复合材料外层4包裹在内衬管5的外表面上，所述工作流体6填充在内衬管5内。