一种新型的可变形翼肋

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1.本发明属于变体飞机结构设计领域，具体涉及一种基于枣核形单胞结构的可变形翼肋。

背景技术：

2.变体飞机可以在飞行过程中实时改变飞机结构的形状，以便在不同飞行状态下做出不同飞行动作时都具有最佳的气动性能。变弦长机翼是通过机翼弦长的变化引起展弦比和机翼面积的合理变化，达到优化飞机升阻比、飞行速度和机动性的目的。机翼变形过程中柔性蒙皮产生很大的面内变形，但同时要具有面外刚度，要承担较大的气动载荷。为了提高面外承载能力，需要在柔性蒙皮中沿展向布置纵向筋条，来承受面外气动载荷。在蒙皮变形过程中，蒙皮纵向筋条的间距均匀变化，所以需要可变形翼肋与柔性蒙皮具有良好的匹配，来让蒙皮产生均匀的变形。目前的可变形翼肋难以实现与蒙皮协调变形，无法实现与柔性蒙皮良好的匹配，无法对柔性蒙皮起到良好的支撑作用。
3.本发明使用枣核形柔性单胞结构扩展连接成可变形翼肋，与柔性蒙皮配合，机翼弦向发生变形时，可变形翼肋与柔性蒙皮纵向筋条的配合连接处也发生等间距的位移，确保对柔性蒙皮的均匀支撑。

技术实现要素：

4.本发明针对改变机翼弦长的变体飞机，提供一种基于枣核形单胞结构的可变形翼肋。该翼肋可以沿弦向均匀的改变长度，以便对柔性蒙皮提供均匀的连接与支撑。
5.本发明是这样实现的：一种新型的可变形翼肋，所述的可变形翼肋包括前端连接板、后端连接板，所述的前端连接板、后端连接板之间为柔性结构和支撑导向梁，柔性结构为可变形翼肋的变形区域，柔性结构产生均匀的变形；所述的前端连接板、后端连接板两外侧分别为机翼前梁腹板、机翼后梁腹板；前端连接板、后端连接板相当于加强板，对首个单胞的支撑板和最后一个单胞的支撑板进行加强；所述的柔性结构由多个枣核形单胞结构串联扩展而成，所述的枣核形单胞结构由两片柔性板组成；柔性结构前后两端的柔性板上分别连接前端连接板、后端连接板；前端连接板、后端连接板也相当于连接板，前端连接板、后端连接板的宽度宽于柔性板，在宽出的两侧开连接孔，将柔性结构的首个柔性板与机翼前梁腹板连接，将柔性结构的最后一个柔性板和机翼后梁腹板连接；所述的支撑导向梁穿过柔性结构和前后端连接板与机翼前梁腹板固接，支撑导向梁后端与机翼后梁腹板搭接，并穿过机翼后梁腹板，可以相对滑动；支撑导向梁后端穿过机翼后梁腹板并伸出一定的距离，保证在柔性结构变形到极限位置处支撑导向梁后端不会从后梁腹板处脱出，并且保证其末端不与机翼内其他结构发生干涉。
6.进一步，所述的柔性板包括中间的支撑板，支撑板上下端的弯曲板，所述的弯曲板被切缝为中间弯曲板以及两侧的侧边弯曲板，切缝的顶端开设有止裂孔；所述的支撑板中间开设有导向孔；所述的柔性板两端为连接区域。
7.进一步，所述的柔性板组成枣核形单胞时，柔性板的侧边弯曲板和中间弯曲板分别向垂直柔性板面的不同方向弯曲至设定初始位置，冲压固定形状；形状固定的柔性板与相邻柔性板的对应的侧边弯曲板和中间弯曲板相配合，将接触边缘5mm长的连接区域焊接，组成枣核形单胞结构；在柔性板上侧边弯曲板和中间弯曲板之间的切缝根部打止裂孔，防止根部应力集中开裂，止裂孔的直径选择为切缝宽度的三倍。
8.进一步，所述的多个枣核形单胞结构相互串联扩展，组成一个柔性结构；在柔性结构前后两端处的两个柔性板，其支撑板与前后端连接板和机翼前后梁腹板通过连接孔铆接；组成柔性结构的每个枣核形单胞上下缘的连接区域同时也都会与机翼柔性蒙皮上纵向布置的筋条相连接；在机翼发生弦向伸长或者缩短时，柔性蒙皮的筋条间距增大或者减小；同时，该可变形翼肋中柔性结构也会被拉伸或者压缩，柔性结构中枣核形单胞结构的间距也会相互等距的增长或者缩短，并且始终与蒙皮上的筋条相互配合，保证在变形的同时对蒙皮有良好的支撑作用。
9.进一步，所述的柔性板上的支撑板开导向孔，所述的导向孔与支撑导向梁适配，在支撑导向梁上滑动；所述的支撑导向梁起到对柔性结构的支撑作用；导向梁截面与导向孔形状相适配；支撑导向梁固定到前梁腹板上，然后将柔性结构装配到支撑导向梁上，前端板与前梁腹板连接，后端板与前梁腹板连接。
10.进一步，所述的支撑导向梁还可以作为一个滑轨设置在柔性结构外侧；滑轨式的支撑导向梁包括支撑导向滑轨，所述的支撑导向滑轨沿轴向开燕尾形滑槽，所述的柔性板上设置突出的燕尾形结构，燕尾形滑槽与柔性板上突出的燕尾形结构相互配合，柔性板可以沿支撑导向滑轨上沿轴滑动，同时支撑导向滑轨在外侧支撑柔性结构，起到和支撑导向梁相同的作用。
11.本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明采用枣核形单胞结构串联构成了可弦向变形的变弦长翼肋结构，可以实现机翼弦长均匀变化，同时实现对柔性蒙皮的均匀支撑。
附图说明
12.图1为本发明的可变形翼肋结构示意图；图2为本发明的柔性板结构示意图：图3为本发明的枣核形单胞结构基本单元示意图；图4为本发明的柔性结构示意图；图5为本发明的支撑导向梁支撑方式示意图：图6为本发明的支撑导向滑轨支撑方式示意图：其中，1-机翼前梁腹板、2-前端连接板，3-柔性结构、4-支撑导向梁、5-后端连接板、6-机翼后梁腹板、7-侧边弯曲板、8-中间弯曲板，9-支撑板，10-导向孔，11-止裂孔、12-连接区域、13-柔性板、14-支撑导向滑轨。
具体实施方式
13.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
14.如图1~5所示，本发明的可变形翼肋结构由可变形翼肋包括前端连接板2、后端连接板5，所述的前端连接板2、后端连接板5之间为柔性结构3和支撑导向梁4，柔性结构为可变形翼肋的变形区域，柔性结构产生均匀的变形；所述的前端连接板2、后端连接板5两外侧分别为机翼前梁腹板1、机翼后梁腹板6。
15.可变形翼肋的变形区域是机翼前后梁之间的柔性结构，柔性结构可以产生均匀的变形。柔性结构由枣核形单胞结构串联扩展而成。柔性结构前后两端的柔性板上分别连接前端连接板2和后端连接板5。前后端连接板相当于加强板，对首个单胞的支撑板和最后一个单胞的支撑板进行加强。同时前后端连接板也相当于连接板，前后端连接板的宽度略宽于柔性板，在宽出的两侧开连接孔，将首个柔性板与机翼前梁腹板1连接和最后一个柔性板和机翼后梁腹板6连接。支撑导向梁4穿过柔性结构和前后端连接板与机翼前梁腹板1固接，支撑导向梁4后端与机翼后梁腹板6搭接，并穿过机翼后梁腹板6，可以相对滑动。支撑导向梁4后端穿过后梁腹板并伸出一定的距离，保证在柔性结构变形到极限位置处支撑导向梁后端不会从后梁腹板处脱出，并且保证其末端不与机翼内其他结构发生干涉。
16.单个枣核形单胞是由两片图2所示的柔性板组成，其中1为侧边弯曲板、2为中间弯曲板、3为支撑板、4为导向孔、5止裂孔、6为连接区域。使用柔性板组成枣核形单胞时，柔性板13的侧边弯曲板7和中间弯曲板8分别向垂直柔性板面的不同方向弯曲至设定初始位置，冲压固定形状。形状固定的柔性板与相邻柔性板的对应的侧边弯曲板7和中间弯曲板8相配合，将接触边缘5mm长的连接区域焊接，组成如图3所示的枣核形单胞结构。在柔性板上侧边弯曲板7和中间弯曲板8之间的切缝根部打止裂孔11，防止根部应力集中开裂，止裂孔的直径选择为切缝宽度的三倍。
17.如图4所示，多个枣核形单胞结构相互串联扩展，组成一个柔性结构。在柔性结构前后两端处的两个柔性板13，其支撑板与前后端连接板和机翼前后梁腹板通过连接孔铆接。组成柔性结构的每个枣核形单胞上下缘的连接区域同时也都会与机翼柔性蒙皮上纵向布置的筋条相连接。在机翼发生弦向伸长或者缩短时，柔性蒙皮的筋条间距增大或者减小。同时，该可变形翼肋中柔性结构也会被拉伸或者压缩，柔性结构中枣核形单胞结构的间距也会相互等距的增长或者缩短，并且始终与蒙皮上的筋条相互配合，保证在变形的同时对蒙皮有良好的支撑作用。
18.如图5所示，柔性板上的支撑板开导向孔，与支撑导向梁适配，在支撑导向梁上滑动。因此支撑导向梁可以起到对柔性结构的支撑作用。导向梁截面与导向孔形状相适配。支撑导向梁固定到前梁腹板上，然后将柔性结构装配到支撑导向梁上，前端板与前梁腹板连接，后端板与前梁腹板连接。
19.如果翼型高度相对较小，柔性板高度也会相对较小，此时支撑导向梁的穿入方式可以采用如图6所示的方式，将支撑导向梁作为一个滑轨设置在柔性结构外侧。支撑导向滑轨沿轴向开燕尾形滑槽，与柔性板上突出的燕尾形结构相互配合，柔性板可以沿支撑导向滑轨上沿轴滑动，同时支撑导向滑轨在外侧支撑柔性结构，起到和支撑导向梁相同的作用。
20.下面采用具体数据对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
21.当翼面承受气动载荷时，柔性蒙皮上的载荷通过柔性结构均匀地传递到翼肋上，机翼弦向变形时蒙皮上各个筋条之间等间距变化。组成柔性结构的枣核形单胞结构上下缘连接区域与柔性蒙皮上纵向筋条相连，传递载荷。同时，机翼进行弦向变形时，由布置在机翼前后梁之间的驱动器提供驱动力，驱动前后梁间距发生变化。
22.本实例中可变形机翼选取naca0012翼型，机翼初始弦长选取为1500mm。机翼可变形范围为300mm，机翼变形至极限位置弦长最长为1800mm。机翼前梁布置在距机翼前缘375mm处，机翼后梁距前梁距离随柔性结构的长度变化而改变。在柔性结构处于初始位置时，机翼弦长为1500mm，机翼后梁距前梁间距为540mm。机翼后梁距后缘距离为585mm。机翼前后梁腹板厚度为3mm，前后端连接板厚度也为2.5mm，因此柔性结构在初始位置时长度为535mm。
23.柔性结构高165mm，宽40mm。可变形翼肋的柔性结构位于机翼前后梁之间，由25个枣核形单胞串联拓展而成。当机翼弦长压缩为最短时柔性结构处于初始位置，长525mm。单个枣核形单胞结构张开的间距为21mm。当机翼弦长伸长为最长时，柔性结构长825mm，单个枣核形单胞结构的张开间距为33mm。首个枣核形单胞的支撑板与前端连接板通过连接孔螺接在前梁的腹板上，最后一个枣核形单胞的支撑板与后端连接板通过连接孔铆接在后梁的腹板上。支撑导向梁从柔性结构中间导向孔穿过，前端穿过柔性结构前端柔性板固接与前端连接板和前梁腹板固接，支撑梁长875mm。当机翼弦长变形至最长范围时，支撑梁末端伸出后梁腹板距离为35mm当机翼弦长变形至最短时，支撑梁末端伸出后梁腹板距离为335mm，小于后梁距机翼后缘的585mm，不会发生干涉。支撑梁截面尺寸宽为5mm，高为23mm。
24.枣核形单胞结构的柔性板高为165mm，宽40mm。枣核形单胞结构的张开间距范围为21mm到33mm之间，因此单个柔性板上中间弯曲板和侧边弯曲板的单向张开宽度为10.5mm到16.5mm之间。根据柔性板变形情况，确定柔性板厚为2mm，侧边弯曲板的宽度为10mm，中间弯曲板的宽度为20mm，两弯曲板的长度均为55mm。因此柔性板上切缝长度为55mm，切缝宽0.5mm，切缝末端止裂孔直径为1.5mm。柔性板上开有导向孔，用来穿入支撑导向梁。导向孔的形状与支撑导向梁截面相同，尺寸略大于支撑导向梁截面尺寸。位于柔性结构两端的柔性板，柔性板上没有中间弯曲板，并且支撑板上开有与前后端连接板连接的连接孔。
25.柔性结构由枣核形单胞结构相互串联拓展组成。柔性板初始张开间距为21mm，中间弯曲板和侧边弯曲板分别向不同方向单侧弯曲，其末端挠度为柔性板张开距离的一半为10.5mm。将中间弯曲板和侧边弯曲板在末端挠度为10.5mm时的挠曲线作为中间弯曲板和侧边弯曲板的初始形状，对其进行冲压定形。然后将该柔性板与其相邻的同样加工为初始形状的柔性板连接。连接时，两柔性板上对应的中间弯曲板和侧边弯曲板连接区域相互贴合，然后进行焊接，组成如图3所示的枣核形单胞结构。在此基础上采用相同方式串联拓展，逐渐组成柔性结构。在组成柔性结构的前后两端的柔性板，需要与机翼前后梁腹板相连接，因此不需要中间弯曲板向机翼前后梁方向弯曲，为了连接方便，两端的柔性板去除了中间弯曲板。最终组成的柔性板结构如图4所示。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种新型的可变形翼肋，其特征在于，所述的可变形翼肋包括前端连接板（2）、后端连接板（5），所述的前端连接板（2）、后端连接板（5）之间为柔性结构（3）和支撑导向梁（4），柔性结构为可变形翼肋的变形区域，柔性结构产生均匀的变形；所述的前端连接板（2）、后端连接板（5）两外侧分别为机翼前梁腹板（1）、机翼后梁腹板（6）；前端连接板（2）、后端连接板（5）相当于加强板，对首个单胞的支撑板和最后一个单胞的支撑板进行加强；所述的柔性结构（3）由多个枣核形单胞结构串联扩展而成，所述的枣核形单胞结构由两片柔性板（13）组成；柔性结构前后两端的柔性板上分别连接前端连接板（2）、后端连接板（5）；前端连接板（2）、后端连接板（5）也相当于连接板，前端连接板（2）、后端连接板（5）的宽度宽于柔性板，在宽出的两侧开连接孔，将柔性结构（3）的首个柔性板与机翼前梁腹板（1）连接，将柔性结构（3）的最后一个柔性板和机翼后梁腹板（6）连接；所述的支撑导向梁穿过柔性结构和前后端连接板与机翼前梁腹板（1）固接，支撑导向梁后端与机翼后梁腹板（6）搭接，并穿过机翼后梁腹板（6），可以相对滑动；支撑导向梁后端穿过机翼后梁腹板（6）并伸出一定的距离，保证在柔性结构变形到极限位置处支撑导向梁后端不会从后梁腹板处脱出，并且保证其末端不与机翼内其他结构发生干涉。2.根据权利要求1所述的一种新型的可变形翼肋，其特征在于，所述的柔性板包括中间的支撑板（9），支撑板（9）上下端的弯曲板，所述的弯曲板（8）被切缝为中间弯曲板（8）以及两侧的侧边弯曲板（7），切缝的顶端开设有止裂孔（11）；所述的支撑板（9）中间开设有导向孔（10）；所述的柔性板两端为连接区域（12）。3.根据权利要求2所述的一种新型的可变形翼肋，其特征在于，所述的柔性板（13）组成枣核形单胞时，柔性板（13）的侧边弯曲板（7）和中间弯曲板（8）分别向垂直柔性板面的不同方向弯曲至设定初始位置，冲压固定形状；形状固定的柔性板与相邻柔性板的对应的侧边弯曲板和中间弯曲板相配合，将接触边缘5mm长的连接区域焊接，组成枣核形单胞结构；在柔性板上侧边弯曲板和中间弯曲板之间的切缝根部打止裂孔，防止根部应力集中开裂，止裂孔的直径选择为切缝宽度的三倍。4.根据权利要求1所述的一种新型的可变形翼肋，其特征在于，所述的多个枣核形单胞结构相互串联扩展，组成一个柔性结构；在柔性结构前后两端处的两个柔性板，其支撑板与前后端连接板和机翼前后梁腹板通过连接孔铆接；组成柔性结构的每个枣核形单胞上下缘的连接区域同时也都会与机翼柔性蒙皮上纵向布置的筋条相连接；在机翼发生弦向伸长或者缩短时，柔性蒙皮的筋条间距增大或者减小；同时，该可变形翼肋中柔性结构也会被拉伸或者压缩，柔性结构中枣核形单胞结构的间距也会相互等距的增长或者缩短，并且始终与蒙皮上的筋条相互配合，保证在变形的同时对蒙皮有良好的支撑作用。5.根据权利要求1所述的一种新型的可变形翼肋，其特征在于，所述的柔性板上的支撑板开导向孔（10），所述的导向孔（10）与支撑导向梁（4）适配，在支撑导向梁上滑动；所述的支撑导向梁起到对柔性结构的支撑作用；导向梁截面与导向孔形状相适配；支撑导向梁固定到前梁腹板上，然后将柔性结构装配到支撑导向梁上，前端板与前梁腹板连接，后端板与
前梁腹板连接。6.根据权利要求1所述的一种新型的可变形翼肋，其特征在于，所述的支撑导向梁（4）还可以作为一个滑轨设置在柔性结构外侧；滑轨式的支撑导向梁（4）包括支撑导向滑轨（14），所述的支撑导向滑轨（14）沿轴向开燕尾形滑槽，所述的柔性板上设置突出的燕尾形结构，燕尾形滑槽与柔性板上突出的燕尾形结构相互配合，柔性板可以沿支撑导向滑轨上沿轴滑动，同时支撑导向滑轨在外侧支撑柔性结构，起到和支撑导向梁相同的作用。

技术总结

本发明公开了一种新型的可变形翼肋，属于变体飞机结构设计领域，其特征在于，包括前端连接板、后端连接板，所述的前端连接板、后端连接板之间为柔性结构和支撑导向梁，柔性结构为可变形翼肋的变形区域，柔性结构产生均匀的变形；所述的前端连接板、后端连接板两外侧分别为机翼前梁腹板、机翼后梁腹板；所述的柔性结构由多个枣核形单胞结构串联扩展而成，所述的枣核形单胞结构由两片柔性板组成；柔性结构前后两端的柔性板上分别连接前端连接板、后端连接板；本发明采用枣核形单胞结构串联构成了可弦向变形的变弦长翼肋结构，可以实现机翼弦长均匀变化，同时实现对柔性蒙皮的均匀支撑。同时实现对柔性蒙皮的均匀支撑。同时实现对柔性蒙皮的均匀支撑。