[发明专利]一种刚柔耦合无人机变形翼及其增材制造方法

说明书

一种刚柔耦合无人机变形翼及其增材制造方法，其控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝交错间隔排列，控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝上间隔设置有多条加强筋；控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝设置在柔性基体中，变形的形状记忆合金条/丝外表面包裹绝缘隔热包覆体。控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝设置有电加热元件。该方法是利用增材制造方法制备出无人机变形翼。本发明实现了无人机变形翼在通电情况下机翼上下、前后变形的特性。

技术领域

本发明属于无人机飞行器领域，特别涉及一种刚柔耦合无人机变形翼及其增材制造方法。

背景技术

随着无人机飞行器在各种不同环境下的飞行效能、灵活性等性能需求的不断增加，智能变形翼的研究已成为当前的热点之一。目前对于智能变形飞行翼的研究正处于起步阶段，对飞行器领域内智能变形翼的一些概念和关键问题还没有完全统一的认识。

智能变形翼的设计一般受到鸟类飞行的启发，运用智能材料、空气动力学、结构设计、弹性力学、仿生学和现代控制技术等使无人机飞行器的气动外形和物理结构能够被改变，以此来提高飞行器对多种飞行环境和任务的适应能力。通过改变机翼的翼展、形状和结构等，使机翼拥有更好的气动特性。利用智能材料和机械变形结构，变形翼技术能够很好的提升飞行器性能，使得无人机飞行器在很多飞行条件下能够自适应地工作，这将是未来新一代无人机发展的方向。

刚柔耦合无人机变形翼在设计上借鉴鸟类翅膀的结构特点：(1)利用强度高的形状记忆材料构成高强骨架，利用强度低的形状记忆材料填充机翼，形成刚柔耦合的无人机变形翼结构；(2)利用形状记忆材料的变形特性调控变形翼向上下变形、向前后变形和翼尖的上下变形。

增材制造技术是通过逐层堆叠的方式直接制造产品，所用材料可分为金属、非金属及医疗生物材料等，已广泛应用于航空航天、医疗、汽车等诸多领域当中。传统金属制件加工普遍工序多，模具成本高，设计制造周期长，不能够满足新型无人机变形翼的制造。因此，本方法采用增材制造技术对无人机变形翼进行制备，实现其刚柔耦合特性和可变性特性。

目前也有许多科研人员进行了智能变形翼的研究，如中国专利CN104379445A，公开了一种带有可变弯度后缘的变形翼面和变形方法，利用上下热致动构件具有不同的热膨胀系数，通过环境温度的变化调控上下热致动构件的膨胀或收缩，从而实现改变翼面的弯度，但热构件采用的是具有线性热膨胀系数的铝等金属。此外，现有技术采用记忆合金弹簧实现上下驱动变形，如专利CN101367433A，通过在机翼中间部位添加记忆合金弹簧和SMA弹簧的组合方式调节机翼横截面的变化，从而实现机翼的变形。然而，与其他方法相同，变形方式比较简单，幅度较小，零件复杂。因此，利用不同强度的形状记忆材料构成的刚柔耦合无人机变形翼更有利于机翼的控制和变形，同时利用增材制造的方法对变形翼的制备方法可有效提高变形翼的成件效率，对于新一代无人机的研发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的为了解决无人机变形翼的不可控变形得问题。本发明利用强度高的形状记忆材料构成高强骨架，利用强度低的形状记忆材料填充机翼，形成刚柔耦合的无人机变形翼结构；利用形状记忆材料的变形特性调控变形翼向上下变形、向前后变形和尾翼的上下变形；同时利用增材制造技术实现了该种变形翼的制备，解决了现有技术的不足。

一种刚柔耦合无人机变形翼，包括控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝、控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝、加强筋、柔性基体、绝缘隔热包覆体；控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝交错间隔排列，控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝上间隔设置有多条加强筋；控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝设置在柔性基体中，控制机翼向上变形的形状记忆合金条/丝和控制机翼向下变形的形状记忆合金条/丝外表面均包裹绝缘隔热包覆体。