基于形状记忆合金驱动模块的分段式可变机翼结构研究

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传统变形机翼的驱动机构存在结构笨重、功率密度低等缺点,新型智能驱动技术利用先进智能材料作为驱动力源,可以改善这一问题,具有驱动灵敏、高效等性能优点。本文对形状记忆合金丝(SMA)的驱动性能进行了研究,在此基础上设计了基于SMA的双V型模块化驱动件,研究了双V型驱动件在可变后缘机翼结构的驱动机理。对翼型变形前后进行气动特性分析,为SMA在可变机翼上的应用提供理论和实际指导意义。研究了SMA材料的基本特性和形状记忆机理,分析了SMA材料相变过程中的热力学和动力学原理,选择Tanaka一维模型建立SMA记忆效应的本构方程。搭建了形状记忆合金性能参数测试平台,针对直径为0.5mm的SMA丝进行主要参数测试,得到了相变温度、最大可恢复应变(约为8%)、最大回复拉力(预应变4%,回复拉力为161.7N)等主要性能参数,为SMA驱动模块的设计提供了理论和实验数据基础。设计了一种双V型SMA驱动模块,提出一种多段后缘可变机翼结构,可实现机翼后缘的累积弯曲变形。建立了双V驱动模块最大驱动角位移的计算模型,得出了多段后缘式翼肋的累积偏转量公式;建立了SMA驱动件的力学模型,分析了该驱动关节的输出力矩;利用CATIA建立机翼模型并完成机翼后缘的偏转运动仿真;完成了翼型变形前后的气动特性分析,结果表明在0-10°攻角下新翼型较原始翼型NACA4412具有较大的升力系数和阻力系数,可有效提升飞行器起飞、着陆过程中的飞行性能。图60幅,表14个,参考文献66篇。
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