一种基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼

本发明涉及机翼，特别是涉及一种基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼。

背景技术：

1、变体飞行器可以根据所处的飞行环境、飞行状态以及飞行任务的变化实时改变自身的外形特征，达到增加升力、降低阻力、改善气动效率、增大航程、提高机动性等目的。几何扭转机翼是其中重要组成之一，通过扭转，机翼可以改变沿展向各剖面的有效迎角，调整气动载荷的展向分布，从而减小机翼诱导阻力以及改善机翼升力、纵向力矩特性等。目前对拉扭耦合的扭转实现形式的研究较为单一，且存在扭转角度小、承载能力较弱等问题，基于现有设计的不足，需要对具备拉扭耦合特性的结构设计进行创新。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，以解决上述现有技术存在的问题，具有连续构型可变功能，兼顾机翼承载能力的同时，能够在拉力作用下显著提升其截面扭转能力，能可以连续地调控其扭转角度，改变机翼沿展向各剖面的有效迎角，调整翼面展向分布的气动载荷，从而改善机翼气动效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，包括：机翼根部、直线电机、悬臂结构、驱动直杆、翼肋和机翼末端；所述悬臂结构的两端分别与机翼根部以及所述机翼末端固定连接，所述直线电机与所述机翼根部固定连接，所述驱动直杆的一端与所述直线电机的驱动端传动连接，另一端和所述机翼末端转动连接，所述机翼末端能够相对于所述驱动直杆转动；所述悬臂结构由多个具有拉剪耦合特性的胞元堆叠而成，所述直线电机驱动所述驱动直杆沿着自身长度方向移动时能够带动所述悬臂结构伸长，从而激发其扭转。

4、优选的，所述驱动直杆穿过所述悬臂结构的中部，所述悬臂结构能够相对于所述驱动直杆扭转。

5、优选的，所述悬臂结构上沿着展向依次固定设置有多个翼肋，所述翼肋外包裹有可变形蒙皮。

6、优选的，所述悬臂结构上固定设置有多个轮盘，所述翼肋上设置有与所述轮盘形状相同的凹槽，所述翼肋通过榫卯安装于所述轮盘上，一个所述轮盘对应一个所述翼肋。

7、优选的，所述胞元为该超材料结构的基本单元，所述胞元包括由圆截面直梁组成的立体状外框以及连接所述立体状外框呈对角分布的两个所述直梁的斜梁，多个所述斜梁呈米字型排布于所述外框内，其中两个所述斜梁设置于所述外框的框面内。

8、优选的，所述悬臂结构垂直于轴向的截面由四个胞元组成，四个所述胞元组成一个胞元组，所述胞元组中的四个所述胞元围绕所述悬臂结构的截面中心线呈现周向分布，其中的三个所述胞元由剩余一个所述胞元绕所述悬臂结构的截面中心线分别旋转90度、180度和270度形成，所述悬臂结构包括多个沿轴向堆叠设置的所述胞元组。

9、优选的，所述驱动直杆的一端通过轴承和所述机翼末端转动连接。

10、优选的，所述悬臂结构以及其上的所述轮盘由3d打印而成。

11、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

12、本发明提供的机翼具备拉扭耦合的变形特性，在截面上能产生显著的扭转，满足变体飞行器多维度变形的需求。由于堆叠的作用，机翼沿展向的扭转角线性叠加，因此机翼的扭转变形满足光滑连续的变形需求。通过控制直线电机输出的位移可以连续地调控机翼的扭转角度，以适应不同的飞行环境和飞行任务，扩展了扭转机翼的应用范围。

技术特征：

1.一种基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：包括：机翼根部、直线电机、悬臂结构、驱动直杆、翼肋和机翼末端；所述悬臂结构的两端分别与机翼根部以及所述机翼末端固定连接，所述直线电机与所述机翼根部固定连接，所述驱动直杆的一端与所述直线电机的驱动端传动连接，另一端和所述机翼末端转动连接，所述机翼末端能够相对于所述驱动直杆转动；所述悬臂结构由多个具有拉剪耦合特性的胞元堆叠而成，所述直线电机驱动所述驱动直杆沿着其轴向移动时能够使所述悬臂结构伸长，从而激发其扭转变形。

2.根据权利要求1所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述驱动直杆穿过所述悬臂结构的中部，所述悬臂结构能够在驱动直杆的推动下相对于所述驱动直杆扭转，由于驱动直杆不会在所述直线电机的驱动下发生转动，因此所述机翼末端相对于所述机翼根部发生扭转。

3.根据权利要求1所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述悬臂结构上沿着展向依次固定设置有多个翼肋，所述翼肋外包裹有可变形蒙皮。

4.根据权利要求3所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述悬臂结构上固定设置有多个轮盘，所述翼肋上设置有与所述轮盘形状相同的凹槽，所述翼肋通过榫卯的方式安装于所述轮盘上，一组所述轮盘对应一个所述翼肋。

5.根据权利要求1所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述胞元包括由圆截面直梁组成的立体状外框以及连接所述立体状外框呈对角分布的两个所述直梁的斜梁，多个所述斜梁呈米字型排布于所述外框内，其中两个所述斜梁设置于所述外框的框面内。

6.根据权利要求5所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述悬臂结构垂直于轴向的截面由四个胞元组成，四个所述胞元组成一个胞元组，所述胞元组中的四个所述胞元围绕所述悬臂结构的截面中心线呈现周向分布，其中的三个所述胞元由剩余一个所述胞元绕所述悬臂结构的截面中心线分别旋转90度、180度和270度形成，所述悬臂结构包括多个沿轴向堆叠设置的所述胞元组堆叠而成。

7.根据权利要求1所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述驱动直杆的一端通过轴承和所述机翼末端转动连接。

8.根据权利要求4所述的基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，其特征在于：所述悬臂结构以及其上的所述轮盘由3d打印而成。

技术总结本发明提供一种基于胞元堆叠的具备拉扭耦合特性的扭转机翼，涉及机翼技术领域，包括机翼根部、直线电机、悬臂结构、驱动直杆、翼肋和机翼末端；悬臂结构的两端分别与机翼根部以及机翼末端固定连接，直线电机与机翼根部固定连接，驱动直杆的一端与直线电机的驱动端传动连接，另一端和机翼末端转动连接，悬臂结构由多个具有拉剪耦合变形特性的胞元堆叠而成，直线电机驱动直杆沿着自身长度方向移动时能够带动悬臂结构扭转。本发明具有连续构型可变功能，兼顾机翼承载能力的同时，能够在拉力作用下显著提升其截面扭转能力，可以连续地调控其扭转角度，改变机翼沿展向各剖面的有效迎角，调整翼面展向分布的气动载荷，从而改善机翼气动效率。技术研发人员：张家应,陈玮,朱学仁,黄可受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20