[发明专利]一种柔性前缘结构及其设计方法

说明书

本申请提供了一种柔性前缘结构，所述柔性前缘结构包括：柔性结构，用于形成机翼前缘的气动外形；以及多个驱动结构，分布式设置在所述柔性结构的内部，在激励信号的激励下能够产生驱动力，所述驱动力作用于所述柔性结构以改变所述柔性结构的气动外形。本申请提供的柔性前缘结构同现有的变弯度机翼前缘装置相比，一方面，可以实现结构与功能的真正一体化，驱动结构不仅作为驱动器，同时还能够作为承载结构，可以有效的降低结构复杂性，降低重量，提高飞机综合性能；另一方面，通过分布式设置的多个驱动机构能够提高变形精度，可以进一步实现多个目标外形的变形控制，真正实现前缘外形的实时优化。

技术领域

本申请属于机翼气动设计技术领域，特别涉及一种柔性前缘结构及其设计方法。

背景技术

传统机翼只能保证巡航状态下的气动效率最优，为满足其它工况下的气动要求，传统机翼通常是基于刚性铰链的前缘增升装置实现气动外形的变化和调节。但传统前缘襟翼往往存在缝隙，使得气动表面不连续，增大了结构尖锐部分与空气的摩擦，增加起飞和进场着陆的噪声，且传统襟翼无法实现全飞行包线气动外形的实时精确变形控制，无法满足气动外形实时优化的目的。

为实现可变形机翼前缘连续精确变形控制，目前国内外提出了多种连续变弯度前缘结构，但基本上是基于刚性机构或半刚性机构的结构型式，它往往存在结构复杂、重量大和可靠性低等问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种柔性前缘结构及其设计方法，以解决上述任一问题。

在一方面，本申请提供的技术方案是：一种柔性前缘结构，所述柔性前缘结构包括：

柔性结构，用于形成机翼前缘的气动外形；以及

多个驱动结构，分布式设置在所述柔性结构的内部，在激励信号的激励下能够产生驱动力，所述驱动力作用于所述柔性结构以改变所述柔性结构的气动外形。

在本申请一优选实施方案中，所述柔性结构采用金属材料或树脂材料制成。

在本申请一优选实施方案中，所述驱动机构为形状记忆合金、压电堆栈、压电纤维复合材料或气动肌肉管中的一种或几种。

在本申请一优选实施方案中，所述柔性前缘结构还包括激励装置，所述激励装置连接所述驱动机构，用于产生激励所述驱动机构运动的信号。

在本申请一优选实施方案中，所述柔性前缘结构还包括柔性蒙皮，所述柔性蒙皮设置在所述柔性结构的外表面。

在本申请一优选实施方案中，所述柔性前缘结构通过4D增材制造方法制作。

在另一方面，本申请提供的技术方案是：一种用于实现如上任一的柔性前缘结构的设计方法，所述设计方法包括：

S1、根据飞机总体要求获得多种飞行条件下的机翼气动性能要求；

S2、根据机翼气动性能要求优化出翼前缘的初始外形和至少一种状态的目标外形；

S3、构建柔性结构的有限元模型，并对柔性结构进行有限元网格划分，其中，驱动结构构建为梁单元或者壳单元，且柔性结构与驱动结构之间通过多点驱动约束进行耦合，以实现力的传递；

S4、以目标外形作为优化目标，进行柔性结构的形状拓扑及驱动结构参数的协同优化设计，从而实现精确的外形控制，其中，所述驱动结构参数包括驱动结构的位置、安装角度、几何长度和驱动力大小。

在本申请一优选实施方案中，所述飞行条件包括飞机巡航、飞机起飞、飞机降落。

在本申请一优选实施方案中，所述方法还包括：制作所述柔性前缘结构，且通过试验验证所述柔性前缘结构的变形是否满足目标外形要求。