专利名称：能以连续且受控的方式变形的气动或液动的外形的制作方法
技术领域：
本发明涉及气动或液动外形的领域，更具体地涉及能够变形以使 其形状适应工作条件的外形的领域，例如，从而获得在流体中的特定 的轨迹或更好的穿透。该流体当然可以是气态、蒸汽态或液态。
更具体地，本发明涉及能够以连续且受控的方式变形的气动或液 动的外形。
背景技术：
许多类型的外形的形状都能被更改。如此，文件EP 0 958 999描 述了一种气动外形，其后缘能够通过线性机械制动器绕轴枢轴转动。 但是该类制动器的缺点是不方便、体积大并且相对比较沉重，从而使 其不易于安装，且在薄和/或轻的外形方面也不是最佳的。
文件WO 2004/069651描述了一种气动外形，其能够通过压电制 动器而变形。但是该类制动器不能够完成较大幅度的运动或显著的变 形，并且常常需要集成机械放大器，这导致了需要能量输入以及更沉 重、体积更大且更昂贵的结构。
也有将形状记忆合金用作为制动器的装置，使其能够移动气动外 形上的副翼。但是这些装置是不能前进的，即，其不能获得前进的且 可逆的移动或变形。
发明内容
本发明的目标是解决上述问题，更具体地说，提出了能够以连续 且受控的方式变形并具有简单的轻型结构的气动或液动的外形或部 分。另外，外形应该消耗少量的能量。因此，外形还应该具有完全气 密的外表面或壳体，当外形变形时，该壳体的外壁不会折叠。
为了该目的，本发明的目的是气动的或液动的外形，该外形能够以连续且受控的方式变形，其最基本地包括安装在基础结构上的壳体， 该外形的特征在于，该基础结构具有沿外形横截面的纵向轴延伸的芯 部，并且该芯部具有由复合材料制成的至少一个活动部分，该活动部 分在该复合材料的至少一个活动层内的可调整的温度变化的影响下具 有连续且受控的变形，这在对应于该活动部分的外形的壳体区域内引 起了相应方向和幅度的变形。
根据下文的描述，参考作为非限制性实施例给出的并参考示意性附图解释的优选的实施方案，将能更好地理解本发明，其中 图1是根据本发明的外形的示意性透视图；图2是根据本发明的外形在未变形和变形状态下的几何形状的剖 视图；图3是在变形状态下装配有锁定装置的外形的局部剖视图；以及 图4是根据本发明的外形的壳体的细节的剖视图。
具体实施方式
附图的图1到4示出了根据本发明的气动或液动的外形l,外形1 能够以连续且受控的方式变形，其最基本地包括安装在基础结构上的 壳体。其特征在于，该基础结构具有沿外形1的横截面的纵向轴延伸 的芯部2，芯部2具有至少一个活动部分，该活动部分由复合材料制 成，在该复合材料的至少一个活动层内的可调整的温度变化的作用使 得该活动部分连续且受控的变形，在对应于该活动部分的外形1的壳 体的区域内，这导致了相应方向和幅度的变形。根据本发明，能够制成外形1使得其变形同时针对位于活动部分 的水平上的壳体的各区域。其优点是非常容易地根据其使用和其使用 的条件调整该外形1。位于外形1的芯部2的水平的活动区域用于使外形1变形。在芯 部2上定位这些活动区域能够使这些活动区域与周围的热扰动隔离 开，从而使它们只受受控的温度变化的影响。这些活动区域可具有与本申请人的第04 02163号法国专利申请中 描述的复合材料的活动区域一致的结构。例如，它们可为层压的。 该复合材料可为多层类型，并且可由树脂和纤维构成。 根据本发明，芯部2的每个活动部分均可具有至少一个非活动层，
不同的膨胀特性的材料能够获得该活动区域和芯部2的变形，并从而 获得外形1的变形。
根据用于制成活动区域的材料及其膨胀系数，将芯部2的至少一 个活动部分连接至加热源或冷却源是可能的。当然，在外形l具有多 个活动区域的情况下，所有这些活动区域都能够被连接至加热源或冷 却源，或者一些活动区域能够被连接至加热源，其它活动区域能够被 连接至冷却源。将芯部2的一个或多个活动部分既连接至加热源又连 接至冷却源是可能的，从而获得对变形更精确、更快的调整。
芯部2的活动部分能够在没有物理连接器的情况下被连接至源。 例如，能够利用波(例如像微波一样的高频波)激励活动部分。
在具有物理连接器的情况下，能够利用一个或多个传导活动层， 该传导活动层由电传导材料制成，并且由电线连接至一个或多个功率 可调的电源，而一个或多个非活动层能够由非电传导但热传导的材料 制成。
关于冷却源，例如，其形式可以是一个或多个喷嘴，该喷嘴在芯 部2的一个或多个活动部分的方向上喷射空气流。
在两种情况中，为了控制该源以使其造成对应于所期望的外形1 的变形的温度变化，该源可由控制装置控制，同时考虑一定数量的变 量，例如施压在外形1上的压强，其方向或前进的轨迹。因此，外形 1被制成智能的并且自动地调整其形状。
根据本发明的一个优点并且如图3示意性地示出，外形1可具有 用于锁定其变形位置的装置3,从而节约将外形1保持在其变形状态 所必需的能源，并且操作成本是相对较低的。换句话说，该锁定装置 3不需要为活动区域提供动力，就能够将外形1固定在变形位置。
该锁定装置3可以是在外形1变形的过程中自动地、连续地锁定的类型，并且能够由制动装置解锁。因此，为了使根据本发明的外形1变形，首先需要改变芯部2的 一个或多个活动区域的一个或多个活动层的温度。当外形l变形时， 锁定装置3呈现为不同的锁定位置。当外形1已经达到所期望的变形并且其变形停止时，通过锁定装置3将其保持在该变形状态。因此，在该阶段，为了使外形l保持该姿态，没有必要再保持对一个或多个 活动层的动力供应或激励。当外形1具有能够在两个方向上变形的活动层时，优选地为外形1装配两个锁定装置3，每个锁定装置均被设计为在两个方向中的一个 方向上的变形过程中锁定外形1。根据未示出的本发明的实施方案，本发明的特征在于，锁定装置 3可包括与自由齿轮的齿啮合的齿条。因此，当外形1变形时，另一 个齿被啮合，并且相应的变形姿态被锁定。根据未示出的另一变体，锁定装置3可包括棘轮和轮挡。根据本发明，制动装置可以是由复合材料制成的活动部分，该活 动部分在复合材料的至少一个活动层内的可调整的温度变化的影响下 连续且受控地变形，而作为温度变化的结果，该活动部分引起了锁定 装置3的受控变形，驱动锁定装置3离开其锁定位置、进入另一锁定 位置或进入其解锁位置。因此，还能够通过控制制动装置的变形速率，控制外形1回到最 初姿态或未变形姿态，或者控制其返回中间姿态。作为 一种变体，制动装置可由例如形状记忆合金或压电元件或不兹 致伸缩元件的传统的活性材料制成。在所有情况中，锁定装置3的刚性应该被设计为经得住由芯部2 的阻挡和摩擦所产生的力。根据如图4所示的本发明的特征，外形1的壳体可被并排放置的 多个外皮4覆盖，而密封件5被放置在这些外皮4之间的交界处，并 且处于外皮4之下。有利地，密封件5的形式可以是可弹性变形的、 被预加应力的膜。该装置能够改进并增强外形1的变形，并允许外皮 4相对于彼此的滑动，并保证外形是气密的。为了解决由于外形1的变形而产生的应力(上表面的张应力、下
表面的压应力)的问题，基础结构可包括垂直于芯部2安装的支承件 6，支承件6安装在芯部2上以及芯部2的任一侧上，并延伸至外形1 的壳体，并且每个外皮4均被置于两个相邻的支承件6之间。
两个外皮4之间的间距可以是大约lmm,这表现为相对于外形1 的较小距离，并因此而不会扰乱外形1上的流体的流动。另外，密封 件保证各部件是气密的。
因此，芯部2与支承件6—起作为骨架。支承件6的数量在设计 阶段被确定，并且根据工作条件(结构的大小，流速率以及在有机翼 的情况下的预期飞行高度)而变化。
通常的外形l和机翼的尺寸是可变的。它们与空气动力学特性和 主结构相关联。
根据本发明，可制成这样一种外形1,其形状或几何结构能够被 修正，以调整工作条件速度、流的性质等。
因此，在航空领域中，能够淘汰现有的机械装置，例如在飞机机 翼的后缘出现的枢轴转动且可伸缩的副翼，并且不再需要将具有控制、 水力系统或发动机的机械装置安装在外形1中以确保其变形，从而获 得简化的、轻型的结构。
根据本发明的具有轻型的、可变形的结构的该类外形1能够被用 于无人驾驶飞机的机翼，即，必须能够低速飞行且保持不引人注意的 无人驾驶的飞行器。在寻求日益变轻的结构的上下文中，其也适于标 准的民用或军用飞机。
该外形1也能够被用于制作这样一种机翼，其变形能够改变上表 面和下表面上的压力系数Cp。通过计算验证了，后缘上的压力相对于 由活动芯部2的变形产生的力较小。这意味着机翼具有足够的抵抗力 以抵抗外部的压力波动。
因此，如图2所示，在活动层为450mm长的情况下(大约为外形 l的一半)，测试显示出能够在尖端获得40到45mm的偏转。为了在2 分钟内由2.5 kW/n^的功率获得最大的偏转，计算能够确定层压的最 佳构成。根据本发明的外形1当然能够关系到能够被集成到任意航空或水 力的结构中(飞机、航天飞机、无人驾驶飞机、飞行结构、风力桨片、 涡轮桨片、直升机桨片)的机翼或桨片。当然本发明并不受限于附图所示的以及所描述的实施方案。尤其 从各种元件的组合的观点出发或通过相等技术的代替，在不背离本发 明的保护范围的情况下能够进行修改。
权利要求
1.一种气动或液动的外形，能够以连续且受控的方式变形，最基本地包括由安装在基础结构上的壳体，所述外形的特征在于，所述基础结构具有沿所述外形(1)的横截面的纵向轴延伸的芯部(2)，并且所述芯部(2)具有至少一个活动部分，所述活动部分由复合材料制成，所述活动部分在所述复合材料的至少一个活动层内的可调整的温度变化的作用下发生连续且受控的变形，这在与所述活动部分相对应的所述外形(1)的所述壳体的区域内导致了相应的方向和幅度的变形。
2. 如权利要求l所述的外形，其特征在于，所述芯部(2)的每个活 动部分均具有至少一个非活动层，所述非活动层的膨胀特性与所述活 动部分的所述活动层不同。
3. 如权利要求l或2所述的外形，其特征在于，所述芯部(2)的至 少 一 个活动部分纟皮连接至加热源。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的外形，其特征在于，所述 芯部(2)的至少 一个活动部分一皮连4妄至冷却源。
5. 如权利要求1至4中的任一项所述的外形，其特征在于，具有 用于锁定所述外形(1)的变形姿态的装置(3)。
6. 如权利要求5所述的外形，其特征在于，所述锁定装置(3)是在 所述外形(l)的变形过程中自动地、连续地锁定的类型，并且能够由制 动装置解锁。
7. 如权利要求6所述的外形，其特征在于，所述锁定装置(3)包括 与自由齿轮的齿啮合的齿条
8. 如权利要求6所述的外形，其特征在于，所述锁定装置(3)包括 棘轮和轮挡。
9. 如权利要求6至8中的任一项所述的外形，其特征在于，所述 制动装置是由复合材料制成的活动部分，所述活动部分在所述复合材 料的至少一个活动层内的可调整的温度变化的作用下发生连续且受控 的变形，而作为所述温度变化的结果，所述活动部分引起了所述锁定 装置(3)的受控变形，以驱动所述锁定装置(3)离开其锁定位置、进入另 一锁定位置或进入其解锁位置。
10. 如权利要求1至9中的任一项所述的外形，其特征在于，所 述外形(1)的所述壳体被并排放置的多个外皮(4)覆盖，而在所述外皮(4) 之间的交界处放置密封件(5)。
11. 如权利要求IO所述的外形，其特征在于，所述基础结构包括的支承件(6),所述支承件(6)延伸至所述外形(1)的所述壳体，并且每个 所述外皮(4)均被放置在两个相邻的支承件(6)之间。
全文摘要
本发明涉及气动或液动的外形(1)，其能够以连续且受控的方式变形，并最基本地包括安装在基础结构上的壳体。该外形的特征在于，该基础结构包括沿外形(1)的横截面的纵向轴延伸的芯部(2)，并且芯部(2)具有至少一个活动部分，该活动部分由复合材料制成，并且在所述复合材料的至少一个活动层内的可调整的温度变化的作用下具有连续且受控的变形，这在对应于该活动部分的外形(1)的壳体的区域内引起了相应的方向和幅度的变形。
文档编号B64C3/48GK101410293SQ200780011371
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月27日
发明者乔治·梅耶, 伯纳德·迪朗, 吉尔达斯·洛斯蒂, 埃尔韦·德贝, 法布里斯·洛朗, 锡德里克·莫普安 申请人:萨迪姆·瑟马特协会