专利名称：一种用于变体机翼的蒙皮的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞行器的蒙皮，尤其涉及一种用于变体机翼的蒙皮，属于飞行器设计 技术领域。
背景技术：
变体飞行器是近年来提出来的一种新型的飞行器，而变体机翼是变体飞行器中的 重要研究内容，它是一种新型的飞行器机翼结构，是指飞行器机翼在翼展、面积、弦长等几 何结构尺寸方面发生显著变化，使得飞行环境在大范围内(比如巡航、极高速飞行、快速俯 冲、大攻角机动等)变化时，可以实现机翼外形和表面结构的重组，以适应监测到的飞行条 件变化，获得最佳的气动和气弹特性。从上世纪80年代开始，美、英、德等国家相继开展了 智能机翼、自适应机翼和变体机翼的研究，目前相关领域的一些关键技术已经在小型飞机 中开展了技术验证的飞行试验，是未来先进飞行器的重要研究方向之在机翼的连续变体过程中，机翼的蒙皮，一方面要具有足够的刚度和强度承受飞 行器飞行过程中的气动载荷，另一方面在必须在机翼舷长方向具有很高的弹性，能够实现 大变形，满足机翼前后缘上下偏转时产生的拉伸或压缩变形要求；因此研究既能承受载荷 又能实现大变形的蒙皮结构是变体结构研究中的关键技术之一；针对变体机翼蒙皮结构的 特点，很多学者对此提出了多种解决方案，鱼鳞叠片蒙皮结构是一种解决方案，通过采用鱼 鳞样式的蒙皮结构实现蒙皮的大变形和承载，但无法保证蒙皮表面的连续性和光滑性，导 致机翼的气动特性变差；哈尔滨工业大学研制的形状记忆聚合物(冷劲松，兰鑫等，形状记 忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用，宇航学报，2010年第4期)能够实现超 大变形量，但承载能力有限；王晓宏等人(王晓宏，形状记忆合金驱动主动变形结构的设计 与制作，哈尔滨工业大学硕士学位论文，2006年)制作了三角形结构的波纹板，并将形状记 忆合金埋置其中实现了驱动弹性机翼蒙皮的变形；吴存利、段世慧等人(吴存利，段世慧， 孙侠生.复合材料波纹板刚度工程计算方法及其在结构分析中的应用[J]航空学报，2008， (06))对正弦型结构的波纹板弹性材料进行了研究，分析了复合材料波纹板刚度工程计算 方法及其在结构分析中的应用；TomohiroYokozeki和Shin-ichi Takeda等人(Mechanical Properties of Corrugated Composites forCandidate Materials of Flexible Wing Structures, www. elsevier. com/locate/compositesa:Part A 37 (2006) 1578-1586)提出 以半圆弧加竖板形式的波纹板，通过理论预测和试验分析研究了以碳纤维为增强材料所制 作的蒙皮的拉伸和弯曲力学性能，并且提出了这种结构弹性材料性能的增强方法。
发明内容
本发明的目的在于解决变体机翼蒙皮弦向要求大变形而展向需要承载能力强之 间存在的矛盾，提供一种用于变体机翼的蒙皮，该蒙皮在机翼弦向刚度很小，能够实现大变 形；而在机翼展向则具有极高的刚度，能够承受较大的弯曲载荷。本发明采用以下技术方案实现上述目的
一种用于变体机翼的蒙皮，由纤维增强复合材料制成，其横截面呈等腰梯形波纹 结构。采用上述等腰梯形波纹结构的变体机翼蒙皮，在沿着梯形波纹方向的力作用下， 受到拉伸与压缩，该方向刚度很小，会产生很大变形；而在垂直于梯形波纹的方向，具有高 于传统板结构的刚度，能够承受较大的弯曲载荷。从而可以有效解决变体机翼蒙皮弦向要 求大变形而展向需要承载能力强之间存在的矛盾。为了进一步保证机翼表面光滑程度以及气密性要求，可以在其外表面的等腰梯形 波纹的波谷内填充弹性材料(如泡沫橡胶、硅胶等)，实现在不明显增加弦向刚度的条件 下，保证机翼表面光滑的目的。进一步地，可以在上述上述等腰梯形波纹结构的变体机翼蒙皮内，嵌入驱动器和 传感器，从而实现对蒙皮结构监测和控制，从而获得最佳的气动性能。本发明通过采用等腰梯形波纹结构，解决了变体机翼蒙皮弦向要求大变形而展向 需要承载能力强之间存在的矛盾，并通过蒙皮内嵌的传感器和驱动器，实现对蒙皮结构的 健康监测和形状控制，获得最佳的气动性能，还通过在蒙皮外表面填充弹性材料，保证了机 翼表面的光滑。
图1为本发明的等腰梯形波纹结构的其中一个波纹的横截面示意图，其中图a为 单个波纹的横截面示意图，图b为单个波纹结构的1/4截面构型；图2为具体实施方式
中所述蒙皮的横截面示意图，其中1为正交编织玻璃纤维复 合材料多层层和板，2为填充的硅胶。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明本发明的用于变体机翼的蒙皮，由纤维增强复合材料制成，其横截面呈等腰梯形 波纹结构，在其外表面的等腰梯形波纹的波谷内填充有弹性材料，其中一个波纹的横截面 如附图Ia所示。在实际的设计中，往往需要根据设计指标对蒙皮的结构进行优化，本发明针对等 腰梯形波纹结构在两个不同方向的等效弹性模量和弯曲模量进行了分析，建立了相应的 数学分析模型，从而可以依据该数学模型进行具体结构的优化。该数学模型的构建原理如 下针对等腰梯形波纹构型的蒙皮结构，假设波纹方向，即能产生大变形的方向为横 向(T)，设定为坐标系的X轴，垂直于波纹方向能够承受较大弯曲载荷的方向为纵向(L)，设 定为Y轴。如图1所示，其中图a为单个波纹结构的横截面视图，图b为单个波纹结构的 1/4截面构型；假设单个波纹的宽度为w。，高度为h。，梯形波纹板的厚度为t，为了便于公式的计 算，定义横截面各参数I1, I2, I3, I4, hi; h2分别如图Ia所示。假设构成该蒙皮的纤维增强 复合材料的面内拉伸刚度为A11,其抗弯刚度为D11,计算梯形波纹结构构型的体积分，便可 得到其纵向等效弹性模量Eu为
权利要求
1.一种用于变体机翼的蒙皮，由纤维增强复合材料制成，其特征在于，其横截面呈等腰 梯形波纹结构。
2.如权利要求1所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，所述等腰梯形波纹的具体结 构参数根据以下数学模型进行优化得到
3.如权利要求2所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，所述梯形波纹的具体结构参 数采用遗传算法或神经网络优化方法进行优化得到。
4.4、如权利要求1所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，所述纤维增强复合材料为 正交编织玻璃纤维复合材料多层层和板。
5.如权利要求1至4任一项所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，其外表面的等腰梯 形波纹的波谷内填充有弹性材料。
6.如权利要求1至4任一项所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，该蒙皮内部嵌入有 用于对蒙皮结构大变形进行控制的形状记忆合金驱动器。
7.如权利要求1至4任一项所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，该蒙皮内部嵌入有 用于对蒙皮结构局部的微小变形及振动进行控制的压电纤维驱动器。
8.如权利要求1至4任一项所述用于变体机翼的蒙皮，其特征在于，该蒙皮内部嵌入有 用于蒙皮结构监测的传感器，所述传感器包括压电传感器、压电纤维传感器、应变传感器中 的一种或多种。
全文摘要
本发明公开了一种用于变体机翼的蒙皮，属于变体飞行器设计技术领域。本发明的用于变体机翼的蒙皮，由纤维增强复合材料制成，其横截面呈等腰梯形波纹结构。本发明还针对等腰梯形波纹的蒙皮结构弦向和展向的等效弹性模量及弯曲模量进行了分析，提出了相应的数学模型，根据该数学模型可进一步对蒙皮结构进行优化。本发明满足了变体飞行器变体机翼蒙皮既要求有大变形又能够承受气动载荷的要求，并可根据蒙皮结构两个不同方向的等效弹性模量和弯曲模量的数学分析模型，实现蒙皮结构在不同载荷工况下的设计优化，同时还具有结构健康监测和自适应变形能力，可以通过对蒙皮的形状和振动控制实现最佳的气动特性。
文档编号B64C3/26GK102060101SQ20101059740
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者徐志伟, 戚建龙, 段丽玮, 陈杰 申请人:南京航空航天大学