[发明专利]一种基于压电驱动的变体机翼

说明书

一种基于压电驱动的变体机翼，涉及航空飞行器变体机翼技术领域，包括截面为D形的机翼盒、及连接于机翼盒后端的变形结构，所述的机翼盒包括由多条截面为L形的肋条、及主翼梁通过连接件搭建成的框架，以及固定连接于框架外表面的刚性蒙皮，所述的变形结构位于主翼梁的后侧，包括多个与主翼梁的后端面固定连接且间隔设置的柔性桁架承载单元、设置于相邻的柔性桁架承载单元之间的压电驱动单元、以及固定连接于柔性桁架承载单元上端的柔性蒙皮。本发明优化了压电驱动单元的结构及其安装位置，使机翼变形更加稳定和多样化，能够适应各类不同飞行环境。

技术领域

本发明涉及航空飞行器变体机翼技术领域，具体涉及一种基于压电驱动的变体机翼。

背景技术

目前，已应用到飞机上的变体机翼主要是通过液压装置驱动、以折叠-伸展为变形形式的刚性变体机翼。压电材料作为一种全新的功能材料，利用其逆压电效应，可以在电场作用下控制其变形程度，在变体机翼方面也得到了一定的应用，但目前对压电材料的利用仍有一些不足之处。

1.常见的刚性变体机翼是利用液压装置控制机翼的折叠和伸展来改变飞机形状，但是该类型的变体机翼往往具有复杂的机械结构，很大程度增大了机翼体积和质量，影响飞机的整体飞行性能和稳定性。

2.目前已提出的以形状记忆材料驱动的变体机翼，虽然可以达到机翼厚度和倾角的效果，但是其响应缓慢的问题会致使机翼不能根据飞行环境做出及时改变。

3.目前已提出的以压电材料驱动的变体机翼，主要是将压电系统直接与机翼蒙皮结合来达到改变机翼形状的效果，但是该类形变体机翼会致使压电系统在飞行过程中与外界载荷直接接触，影响压电系统的驱动效果和工作环境。

4.此外，以压电材料驱动的变体机翼，变形幅度较小的问题会导致机翼在各类飞行环境状况下的自适应性降低，局限变体机翼的变形程度与变形形式。

压电材料是通过极化处理形成的，具备耐热、耐湿、制造容易以及可制成任意形状和极化方向的优点。当压电材料受到力或其他载荷时，将在其表面产生电荷；而在压电材料表面施加电场时,将使其发生变形，因此压电材料具有正逆压电效应。因其测量精度高、响应速度快和性能稳定等优点，压电材料已广泛应用于航空航天、精密测量和智能结构等领域。

关于逆压电效应：如图1所示，当在压电材料03的晶体上下表面施加电场力时，压电材料03内部的正、负电荷就会在外加电场的作用下发生相对位移，这时压电材料03会因此产生一定的机械变形，这种现象称为逆压电效应。

关于分布式压电复合梁驱动器：如图2所示，将多个压电片06上下对称地粘贴在基体梁07上形成的压电复合梁驱动器，既具备压电材料的优点，同时可以提高结构的稳定性和承载能力，并且变形灵活多样。在电场作用下，压电片06驱动基体梁07进行变形，从而满足相应的工程要求。

关于菱形放大器：目前常用的放大机构主要包括桥式放大机构，杠杆式放大机构以及三角放大机构，本发明所涉及的菱形放大器采用三角放大机构，目的是在减少占用空间的前提下保证放大倍数。图3给出了菱形放大器的三角放大原理图。如图3所示，依次通过端部铰接的杆件构成菱形放大器，所述的菱形放大器的四根杆件采用刚性杆件，忽略在外力作用下的变形，即对应的三角形斜边长度不变。设长直角边为a，其与斜边的夹角为θ，短直角边长为b。当长直角边伸长Δa，短直角边则相应缩短Δb，在斜边恒定的情况下，有等式：

a²+b²＝(a-Δa)²+(b+Δb)² (2)

忽略Δa²和Δb²两个高阶无穷小量，根据式(2)可得放大倍数：