一种柔性开裂式舵面

本技术涉及飞行器，尤其涉及一种柔性开裂式舵面。

背景技术：

1、变体飞行器可根据飞行工况条件的改变主动实现自适应外形变化，已成为目前先进飞行器的重要研发方向。随着材料-结构-工艺的一体化发展，变体技术从曾经的刚性机构式变体，逐步转变为柔性结构式变体。目前，绝大多数飞行器通过飞行器安定面的可偏转舵面实现飞行姿态调整，现有的刚性舵面驱动技术虽然控制精度高、安全可靠，但其驱动系统的重量大、体积大和结构复杂冗余成为难以突破的边界。减重是提高飞行器效能的决定性因素，刚性舵面驱动面临气动性能降低和结构复杂等难以绕过的技术痛点，与先进一体化高性能飞行器的设计目标相背，柔性舵面驱动技术面向未来先进飞行器轻质高效的变形应用需求，这种舵面可以与飞机机身、机翼等结构进行一体化设计，几乎没有缝隙，因此，柔性驱动舵面将成为一大研究热点和主要攻坚技术方向。

2、形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料，可通过预处理实现对初始状态的记忆效果，在其形状和大小发生变化后，采用热信号刺激可恢复至初始状态。形状记忆合金丝具有延伸率高（最大约8%）、恢复驱动力大、能量密度高和响应速度快的特点，被广泛用来作为轻质驱动器，现已在航空航天、汽车制造和生物医疗等领域取得重要应用。

3、现有航空航天舵面驱动机构普遍采用液压系统或伺服系统驱动，随着轻量化和紧凑化要求的提升，现有的驱动机构存在体积大、质量重和驱动结构复杂的痛点，形状记忆合金具有比强度大、能量密度高的特点广泛用于轻量化驱动器设计；然而，现有的形状记忆合金柔性舵面多采用单层连续柔性蒙皮一体化结构，上、下柔性板面为整体固连结构，无法实现上板向上、下板向下的柔性偏转，不能进行开裂独立偏转和组合整体偏转两种模式的自由切换，气动工况适配性较为单一。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种柔性开裂式舵面，解决了现有技术中刚性舵面驱动机构体积大、质量重、结构复杂的技术问题，实现了舵面的轻量化、一体化及多模式变形驱动的技术效果。

2、本发明的技术方案是：一种柔性开裂式舵面，包括机翼后缘壳体和滑动连接在机翼后缘壳体内部的柔性作动舵面结构；机翼后缘壳体的两端均敞口设置，内部两侧对称设置有导向滑槽；机翼后缘壳体内部设置有限位组件，限位组件用于对柔性作动舵面结构进行弦向限位；

3、柔性作动舵面结构包括上板组件和下板组件、分别与上板组件和下板组件的端部固定连接的顶出推杆、设置在上板组件上的上形状记忆合金丝、设置在下板组件上的下形状记忆合金丝以及设置在上板组件和下板组件之间的锁止组件；上板组件和下板组件滑动连接于两个导向滑槽之间，且能够在顶出推杆的作用下伸出或缩回机翼后缘壳体；上形状记忆合金丝沿上板组件的长度方向设置，下形状记忆合金丝沿下板组件的长度方向设置；锁止组件能够将上板组件和下板组件连为一体或分离。

4、进一步地，限位组件设置有数个，且均匀分布在两个导向滑槽的上下两侧；限位组件包括滑动连接在机翼后缘壳体内部的限位滑杆和套设在限位滑杆外部的限位弹簧；限位滑杆端部设置有限位座，外部套设有轴套筒；导向滑槽上开设有用于限位座插入的插孔；限位弹簧的一端与机翼后缘壳体的内壁抵接，另一端与限位座抵接；

5、在实际使用过程中，通过限位弹簧对限位座施加预紧力，使其卡入导向滑槽上的插孔内部；当柔性作动舵面结构在顶出推杆的驱动下沿导向滑槽滑动时，限位座会在限位弹簧的作用下与柔性作动舵面结构的表面抵接，实现柔性作动舵面结构的弦向限位。

6、进一步地，上板组件包括数个上支板，下板组件包括数个下支板；相邻两个上支板、相邻两个下支板之间均通过柔性铰链活动连接；上形状记忆合金丝沿着多个上支板的拼接方向铺设并同时与各个上支板连接，下形状记忆合金丝沿着多个下支板的拼接方向铺设并同时与各个下支板连接；

7、其中，顶出推杆端部设置有工字形连接杆，工字形连接杆分别与位于端部的上支板和下支板连接；

8、在实际使用过程中，利用柔性铰链分别将相邻两个上支板、相邻两个下支板进行活动连接，将舵面整体的刚性弯曲转化为多个微小铰链的协同变形。

9、进一步地，上板组件下底面设置有上板下柔性铺层，上板组件上端面依次设置有上板夹层端盖和上板上柔性铺层；

10、下板组件上端面设置有下板上柔性铺层，下板组件下底面依次设置有下板夹层端盖和下板下柔性铺层；

11、其中，上板下柔性铺层、上板夹层端盖、上板上柔性铺层、下板夹层端盖和下板下柔性铺层，下板上柔性铺层均采用硅胶或橡胶材料制成。

12、进一步地，上形状记忆合金丝包括用于连接相邻两个上支板的上形状记忆合金丝一和设置在上板组件的内部且沿着自身长度方向的上形状记忆合金丝二；上形状记忆合金丝一位于上板上柔性铺层外侧；

13、下形状记忆合金丝包括用于连接相邻两个下支板的下形状记忆合金丝一和设置在下板组件的内部且沿着自身长度方向的下形状记忆合金丝二；下形状记忆合金丝一位于下板下柔性铺层外侧；

14、上形状记忆合金丝一、上形状记忆合金丝二、下形状记忆合金丝一和下形状记忆合金丝二的端部均连接有固定块。

15、进一步地，锁止组件设置有数个，且一一对应设置在各个上支板内部，锁止组件包括拮抗形状记忆合金丝、拮抗弹簧和锁止夹块；各个下支板上均设置有能够与对应位置处的锁止夹块活动卡接的锁止槽；上支板内部两侧均设置有数个绕线块；且上支板内部同侧的各个绕线块交错设置；

16、拮抗形状记忆合金丝设置有两个，两个拮抗形状记忆合金丝分别设置在上支板内部两侧，拮抗形状记忆合金丝的一端与上支板的内壁固定连接，另一端绕过对应位置处的固定块和各个绕线块后与锁止夹块连接；锁止夹块滑动连接在上支板上，且底端贯穿上支板；拮抗弹簧的一端与上支板的内壁固定连接，另一端与锁止夹块连接；

17、在实际使用过程中，当需要锁止时，给拮抗形状记忆合金丝通电，其收缩拉动锁止夹块克服拮抗弹簧的弹力向下运动，卡入下支板上的锁止槽内部，利用锁止夹块将上板组件和下板组件锁定为一个整体；当需要解锁时，切断拮抗形状记忆合金丝的电流，利用拮抗弹簧的拉力拉动锁止夹块，使其脱离对应的锁止槽，此时上板组件和下板组件分离。

18、进一步地，沿着多个上支板的拼接方向，且相邻的两个上形状记忆合金丝一相互靠近的一端连接在同一个固定块上；沿着多个下支板的拼接方向，且相邻的两个下形状记忆合金丝一相互靠近的一端也连接在同一个固定块上；

19、固定块内部中空，固定块内部依次套设有限位套和卡位楔块；限位套的两侧均设置有限位销；与同一个固定块连接的两个上形状记忆合金丝一分别穿设在卡位楔块与限位套之间，且位于卡位楔块的两侧，并分别通过限位销进行固定；

20、固定块和绕线块的外侧壁周向均设置有能够对拮抗形状记忆合金丝进行限位的弧形卡槽；

21、在实际使用过程中，在高度受限的上支板、下支板内部，为实现不同方向记忆合金丝材的正交布置，通过在固定块内部依次套设限位套和卡位楔块；利用卡位楔块对两个上形状记忆合金丝一进行限位和隔离，并利用限位销对上形状记忆合金丝一进行限位固定；而利用弧形卡槽对拮抗形状记忆合金丝进行限位固定，使得拮抗形状记忆合金丝和上形状记忆合金丝一虽然在空间投影上呈正交交叉关系，但二者之间不发生直接金属接触，而是通过固定块、限位套和卡位楔块分隔。

22、进一步地，固定块、限位套、卡位楔块、限位销和绕线块均由绝缘隔热材料制成；绝缘隔热材料可以是聚酰亚胺、peek、陶瓷、云母、玻纤增强树脂中的一种。

23、在实际使用过程中，由绝缘隔热材料制成的固定块、限位套、卡位楔块、限位销和绕线块，能够使上形状记忆合金丝一、上形状记忆合金丝二、下形状记忆合金丝一和下形状记忆合金丝二在局部交叉区域内分别形成独立的限位固定路径，并通过绝缘隔热材料阻断二者之间的直接热传导路径。

24、进一步地，上支板外壁上设置有套设在上形状记忆合金丝一外部的限位座一；下支板外壁上设置有套设在下形状记忆合金丝一外部的限位座二；

25、在实际使用过程中，利用限位座一和限位座二分别为上形状记忆合金丝一、下形状记忆合金丝一提供物理支撑和路径约束，确保上形状记忆合金丝一、下形状记忆合金丝一在收缩时，其拉力能沿着预定的路径分别作用在上支板、下支板上。

26、进一步地，机翼后缘壳体包括半壳一和半壳二，半壳一和半壳二之间固定连接；两个导向滑槽分别一一对应设置在半壳一、半壳二的内壁上；

27、在实际使用过程中，将半壳一和半壳二焊接固定在一起。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：

29、第一、本发明采用形状记忆合金丝作为驱动源，配合可锁止的柔性铰链，有效解决了传统舵面驱动机构笨重的问题，实现了舵面的轻量化设计；同时，通过锁止组件控制上板组件和下板组件的锁合/分离，实现了舵面在开裂式独立偏转与组合式整体偏转模式间的自由切换，提高了飞行控制的适应性；

30、第二、本发明的开裂式独立偏转与组合式整体偏转双模态设计，实现了舵面功能的多样化，开裂式独立偏转模式下，上板组件和下板组件分离，可作为空气制动板使用；而组合式整体偏转模式下，能够形成传统舵面进行俯仰或滚转控制，实现了气动效率的最大化；

31、第三、本发明的柔性开裂式舵面与机翼后缘壳体之间滑动连接，而且舵面采用柔性蒙皮覆盖，消除了传统舵面转轴处的缝隙和台阶，不仅减小了气动阻力，还显著降低了雷达散射截面，赋予飞行器优异的隐身性能。