[发明专利]一种可变弯度的无舵面飞行器机翼在审

专利信息
申请号: 202110849510.6 申请日: 2021-07-27
公开(公告)号: CN113415409A 公开(公告)日: 2021-09-21
发明(设计)人: 孟军辉;胡睿 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: B64C3/44 分类号: B64C3/44;B64C3/50
代理公司: 北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙) 11639 代理人: 邬晓楠
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 可变 弯度 无舵面 飞行器 机翼
【说明书】:

发明公开的一种可变弯度的无舵面飞行器机翼,属于飞行器技术领域。本发明针对飞行器机翼承受气动载荷和弯度变化的功能需求,综合考虑传力路线和运动传递路线,通过对机翼前缘、机翼后缘进行拓扑优化分析,在实现机翼前缘和机翼后缘结构材料兼顾承受气动载荷和产生大范围连续而平滑的柔性弯度变形的约束条件下,减轻机翼前缘和机翼后缘的重量;针对机翼前缘承受气动载荷大的特点,通过优化机翼前缘控制点的数量和分布方式,使机翼的前缘产生大范围连续而平滑的柔性弯度变形;针对后缘部分气动载荷小的特点,机翼后缘采用压电片驱动的波纹结构,使机翼的后缘产生大范围连续而平滑的柔性弯度变形,且具有能量密度高、重量轻、安静、高效的优点。

技术领域

本发明涉及一种可变弯度的无舵面飞行器机翼,属于飞行器技术领域。

背景技术

随着航空工业的发展,现代战争的需要对飞行器的综合性能提出了越来越高的要求,这导致越来越多的刚性飞行器结构不能适应不同气动条件。多年来,机翼表面在飞行过程中改变其几何形状的能力引起了研究人员和设计人员的兴趣,因此人们提出了变形翼飞行器的概念。变形翼飞行器的主要思想是使飞行器的气动形状适应每种飞行条件,以获得更好的性能。变形翼飞行器机动性强、飞行环境适应性强、飞行性能好,具有独特的优势,应用前景广阔,因此具有重要的研究价值和意义。

传统舵面在对飞行器进行控制时往往效率较低,还存在结构复杂和重量大等缺陷。并且,由于材料的变形能力有限,加之飞行条件和材料强度的限制,传统的结构设计方法难以满足变形翼的设计需求。此外,现有的变形机翼设计方案通常未考虑结构的轻量化设计和实际承载的要求,也未根据机翼前后缘不同的承载特点实现机械驱动和智能材料驱动的协调设计,在变形翼飞行器结构设计和变形驱动方式上仍然存在许多亟待解决的难题。

变形翼技术通过改变弯度和前后缘形状等来平滑地改变飞行器机翼翼型的形状,可以提高其飞行性能和飞行效率,增强对飞行环境的适应性。弯度的变化使机翼既需要面内变形,又需要承受面外载荷,这样,运动机构同时也是承力结构。因此,结构/机构一体化设计能够综合考虑机构运动和结构强度的要求,非常适合用于变形翼的设计。机械机构驱动方式不仅驱动力大、输出位移大,而且具有很强的承载能力,但是重量大、效率低;智能材料重量轻、结构紧凑、转换机构快速简单且安静高效,但是输出位移小、承载能力弱,所以应当针对前后缘不同的承载和变形特性,协调地选择机械机构驱动方案和智能材料驱动方案以满足前后缘弯度变化的功能,在轻量化的前提下实现飞行器机翼的承载/变形一体化设计。

发明内容

针对传统飞行器舵面控制效率低、气动性能差、结构繁重等问题,本发明的目的是提供一种可变弯度的无舵面飞行器机翼,根据无舵面飞行器变弯度机翼承受气动载荷大小和变形量大小的差异,将机翼分为机翼前缘、机翼中间段、机翼后缘,机翼前缘和机翼后缘采用柔性变弯度变形设计,不仅能够有效地对飞行器进行姿态控制,而且有效地提高飞行器的飞行性能、飞行效率和适应飞行环境的能力。针对飞行器机翼承受气动载荷和弯度变化的功能需求,综合考虑传力路线和运动传递路线,通过对机翼前缘、机翼后缘进行拓扑优化分析,在实现机翼前缘和机翼后缘结构材料兼顾承受气动载荷和产生大范围连续而平滑的柔性弯度变形的约束条件下,减轻机翼前缘和机翼后缘的重量。针对机翼前缘承受气动载荷大的特点,通过优化机翼前缘控制点的数量和分布方式,使机翼的前缘产生大范围连续而平滑的柔性弯度变形;针对后缘部分气动载荷小的特点,机翼后缘采用压电片驱动的波纹结构,使机翼的后缘产生大范围连续而平滑的柔性弯度变形,且具有能量密度高、重量轻、安静、高效的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

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