一种形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113232833A(43)申请公布日2021.08.10(21)申请号202110528590.5(22)申请日2021.05.14(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人戴宁谢绍辉刘紫荆项磊程筱胜(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人施昊(51)Int.Cl.B64C3/50(2006.01)G06F30/15(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼包括形状记忆合金柔性驱动器、机翼前端刚性骨架、蒙皮、超弹性柔性襟翼、刚性尾翼和凯夫拉线；设计方法的步骤：(1)设计形状记忆合金柔性驱动器；(2)选取合适的机翼翼型；(3)对机翼进行气动性能仿真并计算形状记忆合金柔性驱动器驱动行程；(4)标定机翼超弹性材料参数；(5)襟翼内部刚性增强结构设计；(6)襟翼内部柔性区域蜂窝状支撑结构设计；(7)将不同部件装配成整体。本发明的变弯度机翼由可编程直流稳压电源控制变形，应用于无人飞行器及新能源风力发电机叶片等领域；工艺控制方便、变形的一致性，能根据使用环境自适应变化。CN113232833ACN113232833A权利要求书1/2页1.一种形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(s1)柔性驱动器设计：将通电收缩的形状记忆合金弹簧外部嵌套同等长度的圆柱螺旋弹簧，组成具有嵌套式结构的复合弹簧系统，并将所述复合弹簧系统封装在柔性驱动器外壳内部；(s2)依据飞行工况，选取合适的机翼翼型；(s3)按实际流体环境对变弯度机翼进行气动性能仿真，并根据气动性能仿真结果和变弯度机翼变形平面几何模型，计算形状记忆合金柔性驱动器驱动行程；(s4)将变弯度机翼使用环境作为机翼内部材料选取的条件，对变弯度机翼内部材料性能参数进行标定；(s5)将变弯度机翼内部区域划分为刚性骨架区域和柔性襟翼区域，对变弯度机翼襟翼内部进行刚性增强结构设计；(s6)将变弯度机翼柔性襟翼内部大变形区域填充蜂窝状支撑结构，使变弯度机翼襟翼整体弯曲变形呈现“前端小后端大”的渐变变形，完成对变弯度机翼内部结构的设计；(s7)对变弯度机翼内部结构进行快速成型制造，并利用铸造模具制作复合材料蒙皮；最终将变弯度机翼不同部件装配成整体，完成变弯度机翼的制造。2.根据权利要求1所述的形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼设计方法，其特征在，步骤(s3)中，对变弯度机翼表面进行气动性能分析后，将机翼最佳气动性能状态下对应的机翼弯曲变形角度代入变弯度机翼弯曲变形平面几何模型中，计算形状记忆合金柔性驱动器的驱动距离。3.根据权利要求1所述的形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼设计方法，其特征在于，步骤(s4)中，对变弯度机翼柔性襟翼内部材料的性能标定，采用构建材料本构模型和基于国标的材料单轴拉伸实验相结合的方法进行标定。4.根据权利要求1所述的形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼设计方法，其特征在于，步骤(s5)中，对柔性区域内部利用基于仿真变形计算和材料四面体体积单元刚性聚类算法相结合，对变弯度机翼襟翼内部进行刚性增强结构设计。5.根据权利要求4所述的形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼设计方法，其特征在于，步骤(s6)中，在襟翼弯曲变形的过程中，体四面体网格中的每个四面体体积单元都会产生不同程度的变形位移，设定变形阈值，将变形小于阈值的四面体体积单元视为刚性体积，变形大于等于阈值的四面体体积单元视为柔性体积。6.根据权利要求1所述的形状记忆合金拉线驱动变弯度机翼的设计方法，其特征在于，步骤(s6)中，所述变弯度机翼柔性襟翼内部大变形区域采用正泊松比与负泊松比相交替的柔性蜂窝状支撑结构。7.根据权利要求1所述的形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼设计方法，其特征在于，步骤(s7)中，所述复合材料蒙皮由硅胶和玻璃纤维网格组成，所述玻璃纤维网格密封在液态硅胶内部并由模具铸造完成。8.一种形状记忆合金拉线驱动的变弯度机翼，其特征在于：包括形状记忆合金柔性驱动器(1)、由光敏树脂经立体光固化成型工艺打印成型的机翼前端刚性骨架(2)、复合材料蒙皮(3)、熔融沉积制造工艺打印制造的超弹性柔性襟翼(4)、刚性尾翼(5)和凯夫拉线(6)；所述形状记忆合金柔性驱动器(1)包括驱动器固定端(11)、圆柱螺旋弹簧(12)、形状记2CN113232833A权利要求书2/2页忆合金弹簧(13)和驱动器驱动端(14)；将通电收缩的形状记忆合金弹簧(13)外部嵌套同等长度的圆柱螺旋弹簧(14)，组成具有嵌套式结构