阅读说明：本技术 一种仿细胞式气柱机翼蒙皮 (Cell-like air column wing skin ) 是由 周洲 王贤 王正平 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：一种仿细胞式气柱机翼蒙皮包括前缘蒙皮、翼盒蒙皮、后缘蒙皮和翼尖蒙皮；翼盒蒙皮位于机翼中部,其前后分别与前缘蒙皮和后缘蒙皮固定连接,其翼尖一端通过所述翼尖蒙皮封闭,另一端与机身固定连接；所述翼盒蒙皮包括前梁、后梁、上蒙皮和下蒙皮；上蒙皮和下蒙皮的前端均与前梁固定连接,后端均与后梁连接；前梁与前缘蒙皮外缘连接,后梁与所述后缘蒙皮外缘连接；前梁、后梁、上蒙皮和下蒙皮都是结构相同的气柱蒙皮；气柱蒙皮由外壳、内壳和若干气柱组成。本发明利用气体传递载荷,使结构整体均匀受力；机翼内部中空,可充分利用；采用前后梁垂直气柱蒙皮代替传统梁结构,减轻了结构重量,前后梁垂直气柱与翼尖垂直气柱有利于机翼翼型的定型。(A cell-like air column wing skin comprises a front edge skin, a wing box skin, a rear edge skin and a wing tip skin; the wing box skin is positioned in the middle of the wing, the front and the back of the wing box skin are respectively and fixedly connected with the front edge skin and the rear edge skin, one end of the wing tip of the wing box is sealed by the wing tip skin, and the other end of the wing tip is fixedly connected with the fuselage; the wing box skin comprises a front beam, a rear beam, an upper skin and a lower skin; the front ends of the upper skin and the lower skin are fixedly connected with the front beam, and the rear ends of the upper skin and the lower skin are connected with the rear beam; the front beam is connected with the outer edge of the front edge skin, and the rear beam is connected with the outer edge of the rear edge skin; the front beam, the rear beam, the upper skin and the lower skin are all air column skins with the same structure; the air column skin consists of an outer shell, an inner shell and a plurality of air columns. The invention utilizes gas to transfer load, so that the whole structure is uniformly stressed; the wing is hollow, and can be fully utilized; the front and rear beam vertical air column skin is adopted to replace the traditional beam structure, the structure weight is reduced, and the front and rear beam vertical air column and the wing tip vertical air column are beneficial to shaping of wing profiles.)

一种仿细胞式气柱机翼蒙皮

技术领域

本发明属于飞机结构设计领域，具体涉及一种仿细胞式气柱机翼蒙皮。

背景技术

轻质柔性蒙皮是实现变体飞行器的关键技术之一，机翼要实现其弦长、展长、后掠角和面积等的大幅度变化，就必须保证蒙皮能够承受足够大的变形，并且在变形过程中要有足够的面外刚度以维持机翼的气动外形，承受飞行过程中的气动载荷；同时还要有尽可能小的面内刚度以减小驱动器对能量的需求。

生物材料的结构与性能为我们提供了轻质柔性蒙皮结构的设计灵感，有关生物材料及其仿生的研究正日益成为材料科学和工程科学中重要的研究领域。生物总是向着最有利于其发展的方向进化，利用仿生技术进行产品的设计往往可以突破现有工程设计中的瓶颈，打破传统思想，得到新的设计思路，最终获得性能优异的产品。

传统机翼遵循功能决定形式的理念，采用梁、肋、蒙皮等部件承受并传递载荷，结构较为复杂，中国发明专利CN108622369A公布了一种“变体飞行器机翼结构”，包括翼梁系统、翼肋系统、柔性蒙皮控制器支持结构、柔性蒙皮控制器和柔性蒙皮。而充气式结构可实现机翼整体受力，具有原理简单，设计灵活，结构重量轻，制造成本低等特点。充气式结构是一种由柔性材料构成的囊体结构，目前充气式结构在机翼上的应用多为机翼整体充气，即充气式机翼，主要包括多气梁整体式充气机翼和多管式充气机翼，如中国发明专利CN109533280A公布的“可扭转的充气机翼结构及其设计方法”；吕强等人(吕强，叶正寅，李栋.充气结构机翼的设计和试验研究[J].飞行力学，2007，25(4)：77—80.)提到机翼整体充气会带来抗损毁能力较弱的问题，若某一点出现破损，将严重影响整体机翼的使用。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种仿细胞式气柱机翼蒙皮结构，该蒙皮结构在机翼展向具有较大的弯曲刚度，能够承受气动载荷；机翼弦向气柱紧密排列，前后梁垂直气柱和翼尖垂直气柱的存在，提高了机翼的整体抗扭能力；从翼剖面上看，气柱结构在不增加重量的前提下增加了蒙皮结构的高度，有利于提高整体的抗剪能力。此外该机翼蒙皮结构还可在实现机翼整体受力的同时，提高机翼的抗损毁能力。

本发明的技术方案是：一种仿细胞式气柱机翼蒙皮，包括前缘蒙皮、翼盒蒙皮、后缘蒙皮和翼尖蒙皮；所述前缘蒙皮和后缘蒙皮均为壳体结构；所述翼盒蒙皮位于机翼中部，其前后分别与前缘蒙皮和后缘蒙皮固定连接，其翼尖一端通过所述翼尖蒙皮封闭，另一端与机身固定连接；其特征在于：所述翼盒蒙皮包括前梁、后梁、上蒙皮和下蒙皮；所述上蒙皮和下蒙皮的前端均与前梁固定连接，后端均与后梁连接；所述前梁与所述前缘蒙皮的上、下直线外缘固定连接，所述后梁与所述后缘蒙皮的上、下直线外缘固定连接；

所述前梁、后梁、上蒙皮和下蒙皮都是结构相同的气柱蒙皮；所述气柱蒙皮由外壳、内壳和若干气柱组成，若干气柱并排连接形成一个平面，其上、下表面分别贴合安装有波浪形的外壳和内壳；所述上蒙皮和下蒙皮的气柱蒙皮称为展向气柱蒙皮，前梁和后梁的气柱蒙皮称为垂直气柱蒙皮；所述展向气柱蒙皮的轴向平行于机翼的展向，垂直气柱蒙皮垂直于展向气柱蒙皮设置；

所述翼尖蒙皮与前缘蒙皮、后缘蒙皮对应的位置为壳体结构，与翼盒蒙皮对应的位置为气柱蒙皮；所述翼尖蒙皮上的气柱蒙皮是垂直气柱蒙皮。

本发明的进一步技术方案是：所述气柱为柱状结构的充气气囊。

本发明的进一步技术方案是：所述外壳和内壳均为PET塑料，所述气柱的膜为PA+PE共挤膜。

本发明的进一步技术方案是：所述翼盒的前梁位于机翼弦长12％处，后梁位于机翼弦长75％处。

本发明的进一步技术方案是：所述气柱蒙皮的气柱纵向截面为8mm×6mm的椭圆形，气柱内部气压为0.06～0.08MPa。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1)本发明为一种仿细胞式气柱机翼蒙皮结构，利用气体传递载荷，使结构整体均匀受力，此外与已有充气机翼相比，本发明的机翼内部基本中空，可充分利用机翼内部空间；采用前后梁垂直气柱蒙皮代替传统梁结构，减轻了结构重量，前后梁垂直气柱与翼尖垂直气柱的存在有利于机翼翼型的定型和保持。

2)本发明的展向气柱、垂直气柱及波浪形内外壳均可起到增加蒙皮结构展向刚度的作用，使结构能够承受更大的载荷，同时垂直气柱还有利于机翼翼型的保持；各展向气柱中的气体相互独立，互不连通，提高了整体的抗损毁能力。

3)本发明波浪形内外壳可直接将气柱挤压在中间，气柱膜与内外壳紧密相贴，在保护气柱提高抗损毁能力的同时提高了蒙皮结构的展向刚度。

4)本发明的气柱被直接挤压在外壳与内壳之间，蒙皮结构紧凑，且无需其他连接部件。

附图说明

图1为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构整体示意图；

图2为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构外壳示意图；

图3为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构内壳示意图；

图4为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构剖面示意图；

图5为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构A处局部放大图。

附图标记说明：1-展向气柱蒙皮；2-翼尖蒙皮的垂直气柱蒙皮；3-前梁的垂直气柱蒙皮；4-后梁的垂直气柱蒙皮；5-上蒙皮的外壳；6-翼尖外壳；7-前缘蒙皮；8-后缘蒙皮；9-前梁的外壳；10-后梁的外壳；11-上蒙皮的内壳；12-翼尖的内壳；13-前梁的内壳；14-后梁的内壳；15-气柱空气；16-气柱膜。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明一种仿细胞式气柱机翼蒙皮包括前缘蒙皮7、翼盒蒙皮、后缘蒙皮8和翼尖蒙皮；所述前缘蒙皮7和后缘蒙皮8均为壳体结构；所述翼盒蒙皮位于机翼中部，其前后分别与前缘蒙皮7和后缘蒙皮8固定连接，其翼尖一端通过所述翼尖蒙皮封闭，另一端与机身固定连接；

所述翼盒蒙皮包括前梁、后梁、上蒙皮和下蒙皮；所述上蒙皮和下蒙皮的前端均与前梁固定连接，后端均与后梁连接；所述前梁的上、下端分别与所述前缘蒙皮的上、下直线外缘连接，所述后梁的上、下端分别与所述后缘蒙皮的上、下直线外缘连接；

所述前梁、后梁、上蒙皮和下蒙皮都是结构相同的气柱蒙皮；所述气柱蒙皮由外壳、内壳和若干气柱组成，所述气柱为柱状结构的充气气囊；若干气柱并排连接形成一个平面，其上、下表面的形状近似于波浪形，分别贴合安装有波浪形的外壳和内壳；所述上蒙皮和下蒙皮的气柱蒙皮称为展向气柱蒙皮1，前梁和后梁的气柱蒙皮称为垂直气柱蒙皮；所述展向气柱蒙皮1的轴向平行于机翼的展向，垂直气柱蒙皮垂直于展向气柱蒙皮设置；所述外壳和内壳均为PET塑料，所述气柱的膜为PA+PE共挤膜。

所述翼尖蒙皮与前缘蒙皮7、后缘蒙皮8对应的位置为壳体结构，材质为PET塑料，与翼盒蒙皮对应的位置为气柱蒙皮；所述翼尖蒙皮上的气柱蒙皮是垂直气柱蒙皮。

本具体实施例采用NACA0012翼型，弦长300mm，展长600mm，前梁垂直气柱位于机翼弦长12％处，后梁垂直气柱位于机翼弦长75％处，气柱剖面为8mm*6mm的椭圆形，气柱内部气压约为0.06～0.08MPa。

图1为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构的整体示意图，单层展向气柱蒙皮1分别在机翼中部的上下表面沿弦向依次排列，在翼尖处有一排垂直气柱蒙皮2，机翼内部有前梁的垂直气柱蒙皮3和后梁的垂直气柱蒙皮4，垂直气柱蒙皮的存在在有利于维持机翼的气动外形的同时，增强了结构的整体抗扭性能。

图2为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构的外壳形状示意图，整个外壳是由机翼中部上下表面的波纹状上蒙皮的外壳5、下蒙皮的外壳、翼尖外壳6、前缘蒙皮7、后缘蒙皮8、前梁的外壳9和后梁的外壳10组成的一个整体。上、下蒙皮的波浪形的外壳形状进一步提高了机翼的展向刚度，同时又增强了结构的抗损毁能力。

图3为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构的内壳形状示意图，整体内壳由机翼上蒙皮的内壳11、下蒙皮的内壳、翼尖的内壳12、前梁的内壳13和后梁的内壳14组成，整体与外壳中部的形状类似。外壳和内壳直接将气柱挤压在两者之间，组成本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构。

图4为本发明仿细胞式气柱机翼蒙皮结构的翼剖面示意图，各个展向气柱之间气体不连通，即使单个气柱损坏也不会造成结构整体失效。

图5为图4中A处所示结构的局部放大图，空气15与气柱膜16组成的气柱被外壳和内壳挤压在中间，气柱膜16与外壳和内壳均紧密相贴。为了保证机翼表面光滑程度及气动外形要求，可以在其外壳外表面增加保形膜。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。