[发明专利]一种飞行器变形蒙皮

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器蒙皮，尤其涉及一种用于智能可变体飞行器的蒙皮。

背景技术

飞行器蒙皮在飞行器结构中起到保持光滑的气动表面，并传递局部气动载荷的作用。目前，传统的飞行器蒙皮一般由强度和刚度较高的金属材料或复合材料制得，并且在蒙皮的内侧有桁条提供支撑，构成飞行器的壁板。近年来，国内外对于智能可变体飞行器的研究逐步深入。所谓智能可变体飞行器是指根据飞行环境和飞行任务的变化主动改变自身外形适应这种变化以实现飞行器性能的提升。由于机翼(旋翼)是决定飞机(直升机)性能的主要部件，所以一般针对机翼(旋翼)展开智能可变体研究。从变形尺度来看，可变形飞行器包括大尺度变形(如改变机翼展长以实现翼面积的大幅度改变)、中等尺度变形(如改变机翼前后缘的弯度)和小尺度变形(如进行局部流场的控制)三种。可变体飞行器外形可变的特点对其蒙皮提出了新的要求。用于智能可变体飞行器的蒙皮需要满足的要求包括以下三点：一是较高的弹性极限，即蒙皮可以发生较大的变形而不进入塑性段；二是弹性模量要相对较低，以降低对驱动力的要求；三是要能够传递气动载荷。张元明、赵鹏飞(《单块式玻璃钢蜂窝夹层结构机翼设计》，玻璃钢/复合材料，1995年4月)介绍了小型无人机单块式玻璃钢蜂窝夹层结构机翼的结构设计方法，并给出了机翼的强度试验结果和装机飞行结果。尹维龙等人(尹维龙、孙启建、张波、刘京藏、冷劲松，《形状记忆聚合物在可变形飞行器上的应用》，第十五届全国复合材料学术会议论文集，2008年7月)研制了形状记忆聚合物来实现蒙皮的大变形，但其承载能力有限。刘颖卓等(刘颖卓、张永存、刘书田、王向明，《考虑复合材料蒙皮稳定性的飞机翼面结构布局优化设计》，航空学报，2010年10月)针对多墙式翼面结构，建立了一种考虑复合材料蒙皮稳定性的翼面结构布局优化问题的数学模型。徐志伟等人(戚健龙，徐志伟，朱倩，张磊，《变体机翼大变形梯形蒙皮结构研究》，功能材料，2011年第1期，42卷)建立了梯形蒙皮结构的力学分析数学模型，与有限元仿真分析结果进行了比较和分析。刘力搏等人(刘力搏，《基于可变形蒙皮的柔性后缘力学分析》，哈尔滨工业大学硕士学位论文，2011年)用数值方法模拟前后缘变弯度机翼，得到其升力、阻力、俯仰力矩等参数，并与传统偏折前后缘机翼进行对比，得出变弯度机翼的气动特性。周春华等(周春华、王帮峰、刘曌、宁素娟、牟常伟，《波纹型复合材料蒙皮拉伸变形特性研究与仿真分析》，2011年11月)利用MSC.Patran/Nastran对此波纹型结构进行了有限元仿真分析，并进行了样件拉伸试验，，验证了仿真模型的正确性与波纹型蒙皮的大变形能力。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种用于智能可变体飞行器的蒙皮，该蒙皮可在较低驱动力下实现较大的弹性形变，并且可根据实际需要实现平面内的一维变形和局部变形。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的飞行器变形蒙皮由多个连续的蜂窝单元连接组成，各个蜂窝单元之间呈周期性排列，具有周期性结构，所述的蜂窝单元中填充有弹性基体。

优选地，所述的弹性基体材料为聚氨酯材料，可以为聚醚型或聚酯型材料。聚氨酯弹性体是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物，通过调节原料的比例对弹性体的硬度、伸长极限以及其他性能进行调整以适应不同的使用场合，由于聚氨酯弹性体具有较高的弹性极限和较低的弹性模量，使得可变形蒙皮可以在较低的驱动力作用下发生较大的弹性变形；同时聚氨酯弹性体具有电致伸缩效应，即在外加电场的作用下，可以发生形变，实现变形蒙皮的局部变形。

优选地，所述的蜂窝单元为六边型蜂窝单元，也可以是具有负泊松比的六边形蜂窝单元，每个蜂窝单元中都填充有所述的弹性基体。

所述的蜂窝单元本身具有一定的强度，一般由热固性塑料制成，也可能选取其他具有较高屈服极限的金属制成。

在本技术方案的基于弹性基体的变形蒙皮中，所述的蜂窝结构埋在弹性基体中，构成一种蜂窝增强弹性体，使得其既有较好的变形能力(由弹性基体提供)，又具有抗弯的能力(由蜂窝提供)。

更进一步地，为了使本发明的变形蒙皮具有更好的性能，在所述连续的蜂窝单元两侧分别设置有弹性面板，即弹性面板与连续蜂窝单元构成一个复合结构，可使用在飞行速度较快的飞行器上。在该复合结构中，弹性面板对蜂窝单元和蜂窝单元中填充的弹性基体进行保护，增加了变形蒙皮整体的承载的能力，同时也作为变形蒙皮中弹性体产生电致伸缩时的电极。所述的弹性面板可以是由聚氨酯直接制成的弹性面板，也可以是由碳纤维复合材料与弹性体复合而成的柔性复合材料面板。