基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼

本发明属于飞行器变体机翼，具体是一种基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼。

背景技术：

1、飞行器在飞行过程中通过改变机翼形状改变飞行姿态，以自适应不同的飞行环境和飞行任务，获得最佳气动性能。例如，在起飞阶段，机翼需要同时增加弯度和展长获得更大的升力；在降落阶段，需要减小弯度和展长以降低速度，更好地控制飞行器下降；在巡航阶段，需要通过变反角和增加展长来改善飞行性能；在高速飞行阶段，机翼变反角可以降低飞行器的失速速率，使飞行器更容易控制，减少失速的风险，通过增大后掠角也可提升飞行器的最大冲刺速度。

2、变体机翼是一种利用可变形结构和材料来改变机翼形状的技术，旨在优化飞行器的飞行性能，提高气动效率和灵活性。例如，申请日为2021年08月10日、授权公告日为2023年7月14日、授权公告号为cn113562159b的发明专利公开了一种智能仿生可变形机翼的翼肋结构，包括前缘段、变形段和后缘段，变形段布置上、下两排气囊与支撑结构，通过控制气囊充放气实现机翼向上或向下弯曲，可根据飞行状态实时连续平滑调节机翼弯度，实现了飞机减阻、减重、降低燃油消耗等目的。但是，该翼肋结构只能实现变弯度功能。申请日为2023年08月08日、公布日为2023年12月08日、公布号为cn117184412a的专利申请公开了一种飞机的变体机翼及其组装方法，包括依次连接的前缘、翼身和后缘，翼身包括多个单胞结构，相邻两个单胞结构相互连接，每个单胞结构均包括相互连接的手性结构和零泊松比结构，零泊松比结构具有拉伸变形特性，使得变体机翼在受到拉压载荷时变展长，解决了机翼可调节范围小和形状变化不连续的问题。

3、综上所述，现有变体机翼的变形方式较为单一，限制了飞行器适应不同飞行环境和任务的能力。因此，本申请提出一种基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼。

2、本发明解决所述技术问题采用如下的技术方案：

3、一种基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，包括翼肋、蒙皮和翼梁；其特征在于，所述翼梁包括翼梁驱动器和翼梁负泊松比机械超结构，翼梁负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，相邻两个单胞结构共用一个支撑板，翼梁驱动器贯穿连接翼梁负泊松比机械超结构的各个单胞结构；

4、所述翼肋以翼梁与翼肋的连接位置为分界点，分为翼肋前连接段和翼肋后连接段；翼肋前连接段包括翼肋前驱动器和翼肋前负泊松比机械超结构，翼肋前负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，相邻两个单胞结构共用一个支撑板，各个单胞结构的尺寸沿机翼弦长方向随着机翼厚度不同而梯度变化，翼肋前驱动器贯穿连接翼肋前负泊松比机械超结构的各个单胞结构；翼肋后连接段包括翼肋后驱动器和翼肋后负泊松比机械超结构，翼肋后负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，相邻两个单胞结构共用一个支撑板，各个单胞结构的尺寸沿机翼弦长方向随着机翼厚度不同而梯度变化，翼肋后驱动器贯穿连接翼肋后负泊松比机械超结构的各个单胞结构。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

6、本发明的翼肋和翼梁均采用负泊松比机械超结构，通过控制翼肋和翼梁的变形，将变体机翼的变弯度、展长、反角和后掠耦合在一起，具有多个自由度，提高了飞行器在不同飞行环境和任务下的适应性。翼肋驱动器和翼梁驱动器均由多个驱动肌肉构成，通过气动肌肉驱动翼梁和翼肋变形，实现机翼变形的调节和控制，结构和控制都较简单。单胞结构采用内凹多边形结构，在外部载荷相同的前提下，内凹多边形结构具有更低的应力，可以延长机翼使用寿命。

技术特征：

1.一种基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，包括翼肋、蒙皮和翼梁；其特征在于，所述翼梁包括翼梁驱动器和翼梁负泊松比机械超结构，翼梁负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，相邻两个单胞结构共用一个支撑板，翼梁驱动器贯穿连接翼梁负泊松比机械超结构的各个单胞结构；

2.根据权利要求1所述的基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，其特征在于，所述单胞结构包括第一支撑板、第二支撑板和柔性连接肋；两根对称分布的柔性连接肋为一组，至少三组柔性连接肋呈圆周阵列在第一支撑板与第二支撑板之间，柔性连接肋的中部朝向所在组的对称线方向凹陷，使得单胞结构为内凹多边形结构。

3.根据权利要求1或2所述的基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，其特征在于，所述翼梁驱动器、翼肋前驱动器和翼肋后驱动器均包含四个均匀分布的气动肌肉。

4.根据权利要求3所述的基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，其特征在于，当翼肋前驱动器下侧的气动肌肉的伸长量大于上侧的气动肌肉时，翼肋前负泊松比机械超结构向上弯曲，实现机翼前缘向上变弯度；当上侧的气动肌肉的伸长量大于下侧的气动肌肉时，翼肋前负泊松比机械超结构向下弯曲，实现机翼前缘向下变弯度；

5.根据权利要求3所述的基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，其特征在于，当翼梁驱动器的四个气动肌肉同步伸长或缩短，驱动翼梁沿自身长度方向伸长或缩短，实现机翼变展长。

6.根据权利要求3所述的基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，其特征在于，当翼梁驱动器上侧和下侧的气动肌肉伸长，前侧和后侧的气动肌肉保持原长，使翼梁两端向上或向下弯曲，进而使翼肋向上或向下翘，实现机翼变反角。

7.根据权利要求3所述的基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，其特征在于，当翼梁驱动器前侧和后侧的气动肌肉伸长，上侧和下侧的气动肌肉保持原长，使翼梁的一端向前或向后弯曲，进而使翼肋在水平面内顺时针或者逆时针转动，实现机翼变后掠。

技术总结本发明公开了一种基于内凹多边形机械超结构的多自由度变体机翼，包括翼肋、蒙皮和翼梁；所述翼梁包括翼梁驱动器和翼梁负泊松比机械超结构，翼梁负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，翼梁驱动器贯穿连接翼梁负泊松比机械超结构的各个单胞结构；翼肋分为翼肋前连接段和翼肋后连接段；翼肋前连接段包括翼肋前驱动器和翼肋前负泊松比机械超结构，翼肋前负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，翼肋前驱动器贯穿连接翼肋前负泊松比机械超结构的各个单胞结构；翼肋后连接段包括翼肋后驱动器和翼肋后负泊松比机械超结构，翼肋后负泊松比机械超结构由多个单胞结构阵列而成，翼肋后驱动器贯穿连接翼肋后负泊松比机械超结构的各个单胞结构。该变体机翼将变弯度、展长、反角和后掠耦合在一起，具有多个自由度，提高了飞行器在不同飞行环境和任务下的适应性。技术研发人员：刘海涛,王泽源,蔡光斌,郭敏华,尚逸鸣受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26