一种基于形状记忆合金扭力管的翼尖折叠驱动机构

本发明涉及飞行器，特别是涉及一种基于形状记忆合金扭力管的翼尖折叠驱动机构。

背景技术：

1、随着智能材料与结构的发展，各种智能材料驱动器概念不断被提出。在变体飞行器中，实现变体的驱动方案也存在很多智能结构驱动器的身影。翼尖折叠也是当前变体飞行器领域的应用热点，通过控制翼尖折叠角度，能够有效减少飞行过程中的诱导阻力，此外，翼尖折叠间接控制了机翼的展长，这使得飞行器能够适配更多的飞行环境，同时在地面时减小翼尖折叠也可以提高空间利用率，实现更多飞行器的停放。

2、在机翼有限的空间内实现翼尖主动折叠机构的设计与布局，就形状记忆材料而言，可用的驱动器类型也比较丰富。如形状记忆合金丝，形状记忆合金板，形状记忆合金扭转弹簧等。以上几种驱动元件都是建立在材料的形状记忆特性来实现的，都符合形状记忆合金高能量密度的特性。但是想要实现翼尖折叠的驱动过程，需要对翼尖连接位置的铰链机构提供扭矩。对于形状记忆合金丝的应用方法，可以是通过集成的方法，实现尽可能多的有效长度，进而实现产生足够的驱动行程，此外，还需要传动机构将形状记忆合金丝的运动形式进行转换，使其转换成翼尖折叠能够使用的驱动力。同理，形状记忆合金板也需要类似的设计。而形状记忆合金扭转弹簧同样具备直接输出扭矩的功能，也能够集成在铰链位置直接进行驱动控制，但是，形状记忆合金扭转弹簧结构复杂，建立适用于翼尖折叠控制的本构模型更加困难，材料在扭转过程中的应力状态相比于管状结构的纯剪切状态也更加难以确定。

3、现有的翼尖折叠驱动装置(如形状记忆合金丝、形状记忆合金板、形状记忆合金扭转弹簧)虽然可以完成对翼尖偏转角度的控制，但是存在下面几个方面的不足：首先，形状记忆合金丝需要足够长的有效长度来保证足够的驱动行程，还需要运动转换结构进行运动形式的转换；形状记忆合金板在变体机翼中的应用多见于变弯度、变厚度等应用，放在翼尖折叠驱动元件中，其运动形式转换方式相比于丝更加复杂；而形状记忆合金扭转弹簧虽然也可以直接作为扭矩输出的动力元件，但是其结构的复杂程度和材料的加工难度，以及对于后续应用过程中的加热和散热方式的选取都增加了设计与应用的复杂程度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于形状记忆合金扭力管的翼尖折叠驱动机构，以解决上述现有技术存在的问题，简化翼尖折叠驱动机构，在更小的空间、更小的重量的条件下实现翼尖折叠的驱动。

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形状记忆合金扭力管的翼尖折叠驱动机构，包括：

4、驱动单元，所述驱动单元包括偏置扭转弹簧和设置在机翼主体与翼尖之间的形状记忆合金扭力管，所述形状记忆合金扭力管为直管，且所述形状记忆合金的轴向与所述翼尖折叠时的转动轴的轴向平行；所述形状记忆合金扭力管一端与所述机翼主体固连、另一端与法兰周向卡接，所述法兰与套筒的一端固连，所述套筒套设在所述形状记忆合金扭力管上，且所述套筒与所述形状记忆合金扭力管间隙配合，所述套筒与所述翼尖固连，所述偏置扭转弹簧套设在所述套筒上，且所述偏置扭转弹簧一端与所述机翼主体固连、另一端与所述翼尖固连；

5、制动单元，所述制动单元包括固定支座、制动片、止推轴承、第一支撑弹簧、电磁铁和固定套设在所述法兰上的摩擦片，所述第一支撑弹簧和所述止推轴承都设置在所述固定支座内，所述第一支撑弹簧一端支撑在所述固定支座上、另一端与所述止推轴承的一端抵接，所述法兰一端伸入所述固定支座内，且所述止推轴承的另一端与所述法兰伸入所述固定支座的一端接触，所述制动片一端周向设置有多个相互平行的支杆，所述固定支座的外壁对应每个所述支杆都设置有一个导向孔，所述支杆与对应的所述导向孔滑动配合，每个所述支杆上都套设有一个第二支撑弹簧，所述第二支撑弹簧一端与所述固定支座连接、另一端与所述制动片连接，且所述摩擦片位于所述止推轴承与所述制动片之间，所述制动片呈环状，且所述制动片的内径小于所述摩擦片的外径，所述电磁铁固设在所述固定支座远离所述制动片的一端；

6、温度控制单元，所述温度控制单元包括导气管和出气管，所述出气管穿设在所述形状记忆合金扭力管中，且所述出气管上套设有若干个支撑环，所述支撑环的外壁与所述形状记忆合金扭力管的内壁滑动配合；所述出气管的管壁上均匀分布有多个正对所述形状记忆合金扭力管的出气孔，所述出气管一端开口、另一端闭口，所述出气管的开口端与所述导气管的一端连通，所述导气管的另一端与飞行器气源连通，所述飞行器气源用于向所述导气管和所述出气管中注入高温气体或低温气体。

7、优选的，还包括第一连接件、第一固定环、第二固定环、卡环和第二连接件，所述第一连接件与所述机翼主体能够拆卸地连接，所述第一固定环与所述形状记忆合金扭力管远离所述法兰的一端周向卡接，且所述第一固定环与所述第一连接件能够拆卸地连接，所述卡环套设在所述套筒上，且所述卡环与所述套筒周向卡接，所述卡环与所述第二连接件能够拆卸地连接，所述第二连接件与所述翼尖能够拆卸地连接；所述第二固定环与所述第一连接件能够拆卸地连接且转动套设在所述套筒上；所述偏置扭转弹簧一端与所述第一连接件固连、另一端与所述第二连接件固连。

8、优选的，所述第二连接件与所述翼尖的翼尖梁一体成型。

9、优选的，所述形状记忆合金扭力管靠近所述法兰的一端设置有第一六边形柱，所述第一六边形柱与所述形状记忆合金扭力管同轴，所述法兰对应所述第一六边形柱的六个面分别设置有一个限位杆，所述限位杆与对应的所述面滑动配合。

10、优选的，所述形状记忆合金扭力管靠近所述第一固定环的一端设置有第二六边形柱，所述第一固定环套设在所述第二六边形柱上，且所述第一固定环与所述第二六边形柱周向卡接。

11、优选的，所述导气管与所述出气管垂直，且所述导气管通过直角弯管与所述出气管连通，所述导气管穿过所述机翼主体，所述导气管通过若干个支撑件与所述机翼主体固连。

12、优选的，采用轴承作为所述支撑环。

13、优选的，还包括角度控制单元，所述角度控制单元包括控制器、固设在所述机翼主体中的第一陀螺仪、固设在所述翼尖中的第二陀螺仪和若干个设置在所述形状记忆合金扭力管上的温度传感器，所述控制器采用飞行器的中控系统，所述第一陀螺仪、所述第二陀螺仪、所述温度传感器分别与所述控制器信号连接，所述控制器能够根据所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪的反馈数值计算出所述翼尖当前的折叠角度、根据所述温度传感器的反馈数获得所述形状记忆合金扭力管的当前温度，所述控制器能够根据所述翼尖当前的折叠角度和所述翼尖需要达到的折叠角度判断所述形状记忆合金扭力管需要扭转的方向，并根据所述形状记忆合金扭力管需要扭转的方向和所述形状记忆合金扭力管的当前温度判断需要向所述形状记忆合金扭力管中通入高温气体或低温气体，且所述控制器能够控制所述飞行器气源通过所述导气管和所述出气管向所述形状记忆合金扭力管中通入高温或低温气体，直到使得所述形状记忆合金扭力管驱动所述翼尖转动到需要的折叠角度。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明的基于形状记忆合金扭力管的翼尖折叠驱动机构的结构简单，且形状记忆合金扭力管的能量密度大、驱动行程能够满足翼尖折叠的需要，能够在更小的空间、更小的重量的条件下实现翼尖折叠的驱动。

16、进一步的，本发明中形状记忆合金扭力管正向扭转的过程中偏置扭转弹簧会储存一部分能量，从而可以为形状记忆合金扭力管反向回复过程提供足够的扭矩输出。

17、进一步的，本发明中的制动单元能够在翼尖被驱动到指定角度后，通过为电磁铁通电，使得制动片与固定支座将法兰上的摩擦片夹紧从而对翼尖的转动进行制动。

18、进一步的，本发明中通过温度控制单元能够控制形状记忆合金扭力管的环境温度，进而控制形状记忆合金扭力管的相变过程，控制形状记忆合金扭力管产生正向或反向的扭转，正向扭转为加热扭矩输出过程，反向扭转为冷却回复过程；当识别到飞机的飞行环境发生变化时，按照当前飞行环境最适合的翼尖偏转角度，控制形状记忆合金扭力管的环境温度使扭力管保持一定程度的相变，并结合制动单元，实现扭转角度的连续控制，从而适配当前的飞行环境，获得更高的飞行效益。