一种可改变刚度的变形机翼蒙皮制造技术

一种可改变刚度的变形机翼蒙皮，它涉及一种变形机翼蒙皮。本发明专利技术解决了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。本发明专利技术的多根变刚度增强管（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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变形机翼蒙皮，属于航空航天

技术介绍
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4的整体承载能力低。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案是 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。本专利技术具有以下有益效果本专利技术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，本专利技术 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。本专利技术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；本专利技术的制作工艺简单易操作且成本低廉。本专利技术不仅可 以改变机翼形状，利用本专利技术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是本专利技术的整体结构轴测图，图2是本专利技术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。具体实施例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。具体实施方式二结合图2 图3说明本实施方式，本实施方式的复合材 料外层4由形状记忆聚合物基体相材料和增强相材料组成；所述增强相材料占 复合材料外层4总体积的40% 60%;增强相材料的纤维7与变刚度增强管2 的径向成0。 90。角复合于形状记忆聚合物基体相材料中。形状记忆聚合物基 体相材料(SMP材料)具有一种特殊的记忆功能，当SMP材料被改变为不同 形状布局后，SMP材料分子将会重新组构以恢复其初始形状，SMP材料的初 始形态，也就是它的"记忆"形状是一种刚性体即高模量形态，本专利技术所采用的 SMP材料具有应变量大(最大能达到200%)、回复应力较大(能达到10MPa 量级)、运动稳定性好、可靠性高、低密度、高刚度、高强度和低成本等优点； 选用SMP材料和增强相材料作为变刚度增强管2的复合材料外层4具有以下 优点得到了一个各向异性的新型复合材料，较高的横向弹性模量用于限制变 刚度增强管2的横向变形，较低的径向弹性模量用于承受变刚度增强管2的径 向变形，使变刚度增强管2在径向更加容易变形。其它组成及连接关系与具体 实施方式一相同。具体实施方式三结合图3说明本实施方式，本实施方式的增强相材料的 纤维7与变刚度增强管2的径向成20。 40。角复合于形状记忆聚合物基体相材 料中。如此设置，变刚度增强管2的刚度更好。其它组成及连接关系与具体实 施方式二相同。具体实施方式四本实施方式的形状记忆聚合物基体相材料是苯乙烯系形 状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状 记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式 聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯其中的一种。如此设置，变刚度增强管2 的刚度和气密性更好。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。具体实施方式五本实施方式的增强相材料是碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、 石墨纤维或碳化硅纤维中的一种。如此设置，变刚度增强管2的刚度和气密性更好。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。具体实施方式六结合图2说明本实施方式，本实施方式的内衬管5由形状记忆聚合物材料(SMP材料)或硅橡胶材料制成。内衬管5选用SMP材料 的优点在于内衬管5在承受变形的基础上极好的保证了其内部流体的气密性，又达到了改变刚度的目的。其它组成及连接关系与具体实施方式一或三相同。具体实施方式七结合图2说明本实施方式，本实施方式的内衬管5的形 状记忆聚合物是苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸 酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁 二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯其中的一种。如此设置，变刚度增强管2的气密性更好。其它组成及连接关系与具体实施方式 六相同。具体实施方式八结合图2说明本实施方式，本实施方式的工作流体6为弹性模量介于0.1 10G之间的液体。如此设置，变刚度增强管2的刚度更 好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式九结合图2说明本实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可改变刚度的变形机翼蒙皮，它由硅橡胶蒙皮基体（１）、多根变刚度增强管（２）和多个控制阀（３）组成，其特征在于：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冷劲松，刘彦菊，陈以金，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]